KR20210015261A - 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템 및 이를 이용한 과전류 검출 시스템 - Google Patents

인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템 및 이를 이용한 과전류 검출 시스템 Download PDF

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장지웅
이기종
신상철
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템 및 이를 이용한 과전류 검출 시스템에 관한 것으로, 스위칭소자의 과전류를 검출할 때 사용되는 과전류 검출기준을 스위칭소자의 온도에 따라 보정하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템 및 이를 이용한 과전류 검출 시스템을 제공한다.

Description

인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템 및 이를 이용한 과전류 검출 시스템 {Overcurrent detection reference compensation system of switching element for inverter and overcurrent detection system using the same}
본 발명은 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템 및 이를 이용한 과전류 검출 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 스위칭소자의 과전류 검출을 위해 사용되는 과전류 검출기준의 편차를 보상하기 위한 과전류 검출기준 보상 시스템 및 이를 이용한 과전류 검출 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기모터를 구동원으로 사용하는 차량은 전기모터에 공급되는 교류를 발생시키기 위해 인버터를 사용하고 있다. 상기 인버터는 모터를 구동시키기 위한 전류를 단속(斷續)하는 스위칭모듈이 구비되며, 상기 스위칭모듈은 전류의 흐름을 단속할 수 있는 복수의 스위칭소자로 구성된다.
종래에는 실리콘(Si) 기반의 IGBT(Insulated gate bipolar transistor)가 인버터용 스위칭소자로 적용되었으나, 상기 IGBT는 스위칭 손실이 크고 저부하에서의 도통 손실이 크기 때문에 인버터의 효율을 저하시키는 문제점이 있다.
상기와 같은 IGBT의 문제점을 보완하기 위해, 최근에는 탄화규소(SiC) 기반의 FET(Field Effect Transistor)를 인버터용 스위칭소자로 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다.
탄화규소 기반의 FET는 실리콘 기반의 IGBT 대비 스위칭 손실이 작고 저부하에서의 도통 손실이 작은 이점이 있다. 그런데, 상기 FET는 그 온도가 변함에 따라 FET의 드레인-소스 구간의 전압(VDS)-전류(Ids) 특성이 달라지기 때문에, 상기 FET에 흐르는 과전류를 검출할 때 기준이 되는 임계전압의 적용이 제한된다. 상기 임계전압은 FET의 구동영역이 포화영역에서 불포화영역로 전환되는 문턱전압이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 스위칭소자의 과전류를 검출할 때 사용되는 과전류 검출기준을 스위칭소자의 온도에 따라 보상하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템 및 이를 이용한 과전류 검출 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 직렬로 연결된 복수의 스위칭소자로 이루어진 스위칭모듈; 상기 스위칭소자의 온도를 검출하는 온도검출부; 상기 온도검출부에 의해 검출된 상기 스위칭소자의 온도와 설정된 기준온도 간에 편차를 산출하고, 상기 산출한 편차에 따라 보정기준을 결정하는 보정기준결정부; 상기 보정기준을 이용하여 스위칭소자의 과전류 검출기준을 보정하는 검출기준보정부;를 포함하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 온도검출부는, 상기 스위칭소자가 내장된 하우징에 배치되어 정전류를 공급받는 다이오드모듈; 상기 다이오드모듈에 정전류가 공급될 때 상기 다이오드모듈의 양단 전압에 기초하여 상기 스위칭소자의 온도를 추정하는 온도추정부;를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 온도추정부는 상기 다이오드모듈의 양단 전압을 입력으로 하고 스위칭소자의 온도를 출력으로 하는 온도결정맵에 의해 상기 스위칭소자의 온도를 예측할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 보정기준결정부는, 스위칭소자의 온도와 상기 기준온도 간에 차이에 따른 보정게인을 결정하는 게인선정부; 상기 보정게인을 이용하여 상기 차이에 따른 보정기준을 산출하는 보정기준산출부;를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 상기 검출기준보정부는, 상기 과전류 검출기준에 상기 보정기준을 합산시켜 스위칭소자의 온도에 따른 편차가 보정된 과전류 검출기준을 산출하도록 구성될 수 있다.
또한 본 발명에서는, 직렬로 연결된 복수의 스위칭소자로 이루어진 스위칭모듈; 상기 스위칭소자의 온도를 검출하는 온도검출부; 상기 온도검출부에 의해 검출된 상기 스위칭소자의 온도와 설정된 기준온도 간에 편차를 산출하고, 상기 산출한 편차에 따라 보정기준을 결정하는 보정기준결정부; 상기 보정기준을 이용하여 스위칭소자의 과전류 검출기준을 보정하는 검출기준보정부; 및 상기 검출기준보정부에서 보정된 과전류 검출기준과 상기 스위칭소자의 드레인-소스 전압을 비교한 결과에 따라 상기 스위칭소자에 과전류가 흐르는지 여부를 판단하는 과전류검출부;를 포함하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출 시스템도 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 과전류검출부는, 스위칭소자의 드레인-소스 전압 정보를 수신하는 전압신호수신부; 상기 전압신호수신부에서 수신한 드레인-소스 전압이 상기 검출기준보정부에서 보정된 과전류 검출기준 이하이면 스위칭소자에 과전류가 인가된 것으로 판단하는 과전류판단부;를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 과전류판단부는 상기 전압신호수신부에서 수신한 드레인-소스 전압이 상기 검출기준보정부에서 보정된 과전류 검출기준을 초과하면 상기 스위칭소자에 과전류가 인가되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템 및 이를 이용한 과전류 검출 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
1. 스위칭소자의 온도 변화에 상관없이 정확한 과전류 검출기준을 선정할 수 있다.
2. 스위칭소자의 온도에 따른 과전류 검출기준의 편차가 보상됨에 의해 과전류 검출기준의 마진이 감소되고 그에 따라 과전류 검출기준의 정확도가 증대된다. 따라서 스위칭소자에 흐르는 과전류를 정확하게 검출할 수 있게 되고, 결과적으로 스위칭소자의 안전성이 증대된다.
3. 상기 과전류 검출기준의 마진이 감소됨에 따라 스위칭소자의 스위칭 손실이 저감되며 인버터의 효율이 개선된다.
4. 스위칭소자의 온도가 최대 온도까지 상승할 때 발생될 수 있는 인버터의 최대 출력이 증대된다.
도 1은 인버터를 나타낸 구성도
도 2는 인버터용 스위칭소자의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프
도 3은 게이트드라이버와 연결된 스위칭소자를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 과전류 검출기준 보상 시스템을 이용한 과전류 검출 시스템을 나타낸 구성도
도 5는 본 발명의 온도검출부를 나타낸 도면
도 6은 스위칭소자의 드레인 단자에 연결된 가변저항모듈을 나타낸 도면
도 7은 스위칭소자의 드레인 단자에 연결된 가변전류공급부를 나타낸 도면
도 1에 도시된 인버터(1)의 스위칭소자(111)는 탄화규소(SiC)를 기반으로 하는 전계효과 트랜지스터(FET)가 적용될 수 있다.
도 2는 상기 전계효과 트랜지스터(FET)의 온도와 게이트-소스 전압(VGS)에 따른 드레인-소스 구간의 전압(VDS)-전류(ID) 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전계효과 트랜지스터(FET)는 그 온도가 상승됨에 따라 드레인-소스 구간의 전압(VDS)-전류(ID) 그래프의 기울기가 점차 감소된다. 상기 트랜지스터(FET)의 게이트-소스 전압(VGS)이 15V일 때, 트랜지스터의 온도가 25℃이고 트랜지스터의 드레인 전류(ID)가 30A이면 드레인-소스 구간의 전압(VDS)은 a값이 되지만, 트랜지스터의 온도가 150℃이고 트랜지스터의 드레인 전류(ID)가 30A이면 드레인-소스 구간의 전압(VDS)은 b값(b>a)이 된다. 즉, 트랜지스터의 온도 상승에 따라 드레인-소스 구간의 전압(VDS) 값이 상승된다.
상기 트랜지스터는 드레인-소스 구간의 전압(VDS) 값이 감소되어 임계전압에 도달하면 트랜지스터의 드레인 단자(D)에 과전류가 유입되는 것으로 판단될 수 있다. 따라서 트랜지스터의 드레인-소스 구간의 전압(VDS) 값에 따라 트랜지스터에 과전류가 발생하는지 여부를 판별할 수 있다. 상기 임계전압은 트랜지스터의 구동영역이 포화영역에서 불포화영역으로 전환될 때의 문턱전압이다. 상기 트랜지스터가 동작되는 영역은 포화 영역과 불포화 영역으로 구분될 수 있다. 상기 트랜지스터가 포화 영역에서 동작할 때 상기 트랜지스터는 정상적으로 동작하게 되고, 상기 트랜지스터가 불포화 영역에서 동작할 때 상기 트랜지스터는 비정상적으로 동작하게 된다.
상기 드레인-소스 구간의 전압(VDS)은 트랜지스터의 온도에 따라 변동되기 때문에, 상기 드레인-소스 구간의 전압(VDS) 값을 모니터링하여 트랜지스터의 과전류 발생을 정확하게 검출하기 위해서는, 트랜지스터의 온도 편차에 따라 상기 임계전압을 보정하는 것이 필요하다. 상기 보정을 수행하지 않으면, 트랜지스터의 온도가 높아질수록 기준온도(예를 들어, 상온) 대비 트랜지스터의 구동영역이 상대적으로 빠르게 불포화영역으로 전환되기 때문에, 결과적으로 임계전압이 낮아지고 원하는 전류레벨에서 트랜지스터의 과전류를 검출하기 어렵게 된다. 또한 인버터가 최대 전류를 출력하기도 전에 트랜지스터에 과전류가 유입된 것으로 오판하는 문제가 발생할 수 있게 된다.
이에 본 발명에서는 스위칭소자(111)에 과전류가 흐르는지 여부를 판단하기 위해 사용되는 임계전압(즉, 과전류 검출기준)을 상기 스위칭소자(111)의 온도에 따라 보정하는 과전류 검출기준 보상 시스템을 제공한다. 상기 과전류 검출기준 보상 시스템은, 상기 과전류 검출기준을 스위칭소자(111)의 온도에 따라 보정함으로써 과전류 검출기준의 정확도를 향상시킬 수 있고, 상기 스위칭소자(111)에 인가되는 과전류의 검출 정확도를 향상시킬 수 있다. 상기 스위칭소자(111)는 위에서 설명한 전계효과 트랜지스터(FET)일 수 있다.
도 1을 참조하면, 인버터(1)는 인버터(1)에 입력되는 직류 전류를 3상 교류 전류로 전환시켜 출력하도록 구성되어 있으며, 각각의 상전류를 구현하는 3개의 스위칭모듈(11)이 병렬 연결된 회로로 구성되어 있다. 상기 스위칭모듈(11)은 전류의 흐름을 단속할 수 있는 복수의 스위칭소자(111)로 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 스위칭모듈(11)은 직렬 연결된 2개의 스위칭소자(111)로 이루어질 수 있다.
이러한 인버터(1)는 스위칭소자(111)의 게이트 전압을 제어하는 복수의 게이트드라이버(5)와 연결될 수 있으며, 상기 게이트드라이버(5)의 작동은 차량의 모터제어기(8)에 의해 제어될 수 있다. 상기 스위칭소자(111)의 게이트 단자(G)마다 게이트드라이버(5)가 연결될 수 있다. 이러한 인버터(1)는 차량용 구동모터(13)에 공급되는 교류를 발생시키기 위한 전력변환장치일 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 게이트드라이버(5)는, 스위칭소자(111')의 게이트 단자(G)에 구동전압(즉, 게이트-소스 전압)을 인가하여 상기 스위칭소자(111')를 트리거시킬 수 있는 게이트 구동부(51)와, 상기 스위칭소자(111')의 드레인 단자(D)에 인가되는 전류(즉, 드레인 전류)를 발생하는 전류 공급부(52)를 포함할 수 있다. 상기 게이트 구동부(51)를 통해 스위칭소자(111')에 인가되는 게이트-소스 전압(VGS)과 전류 공급부(52)를 통해 스위칭소자(111')에 인가되는 드레인 전류(ID)에 따라 스위칭소자(111')의 드레인-소스 전압(VDS)이 변동될 수 있다.
도 3을 보면, 상기 스위칭소자(111')의 드레인 단자(D)에는 제1저항(2)과 직렬로 연결된 다이오드(3)가 연결되고, 제1저항(2)은 커패시터(4)와 병렬로 연결된다. 상기 제1저항(2)과 커패시터(4)는 전류 공급부(52)에 연결된다. 상기 전류 공급부(52)에서 출력되는 일정 전류는 상기 제1저항(2)과 다이오드(3)를 통해 흘러 스위칭소자(111')의 드레인 단자(D)에 인가되며, 그에 따라 상기 제1저항(2)과 다이오드(3) 및 스위칭소자(111')에 의해 전압강하가 발생하게 된다. 상기 제1저항(2)과 다이오드(3) 및 스위칭소자(111')에 의해 발생하는 전압강하를 기초로 스위칭소자(111')의 임계전압이 결정될 수 있다. 이렇게 결정되는 임계전압은 스위칭소자(111')의 과전류 검출기준(V)으로 사용될 수 있다.
상기 스위칭소자(111')는 전류 공급부(52)에서 출력되는 정상 전류보다 높은 과전류가 드레인 단자(D)에 인가되면 스위칭소자(111')의 구동 영역이 포화(saturation) 영역에서 불포화(desaturation) 영역으로 전환된다. 상기 스위칭소자(111')의 구동 영역이 포화 영역에 도달할 때 스위칭소자(111')의 드레인-소스 전압(VDS)이 포화전압에 도달하게 된다. 그리고 상기 스위칭소자(111')의 구동 영역이 포화 영역에서 불포화 영역로 전환될 때 드레인-소스 구간의 전압(VDS)이 임계전압 이하로 감소된다.
스위칭소자는 그 온도에 따라 드레인-소스 전압(VDS)이 달라질 수 있기 때문에, 스위칭소자의 과전류 발생을 정확하게 검출하기 위해서는 스위칭소자의 온도에 따라 과전류 검출기준(V)의 편차를 보정하는 것이 필요하다.
본 발명의 과전류 검출기준 보상 시스템은 스위칭소자의 온도에 따른 과전류 검출기준(V)의 편차를 보상할 수 있도록 구성된다. 도 4를 참조하면, 상기 과전류 검출기준 보상 시스템은 온도검출부(6)와 보정기준결정부(53) 및 검출기준보정부(54) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 보정기준결정부(53) 및 검출기준보정부(54)는 스위칭소자용 게이트드라이버(5) 내에 구비될 수 있다.
상기 온도검출부(6)는 스위칭소자(111)의 온도를 실시간으로 검출하도록 구성될 수 있다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 온도검출부(6)는 다이오드모듈(61)과 온도추정부(62)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 다이오드모듈(61)은 정전류인가부(59)와 연결되어 상기 정전류인가부(59)로부터 정전류를 공급받을 수 있다. 상기 다이오드모듈(61)은 하나의 다이오드 또는 직렬 연결된 둘 이상의 다이오드로 구성될 수 있다. 상기 다이오드모듈(61)은 스위칭소자(111)가 내장되는 하우징(15)의 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 다이오드모듈(61)은 스위칭소자(111)의 하우징(15) 내부에 장착되어 상기 스위칭소자(111)와 이웃하여 배치될 수 있다. 이러한 다이오드모듈(61)은 스위칭소자(111)의 온도의 영향을 직접적으로 받을 수 있으며, 그에 따라 스위칭소자(111)의 온도가 정확하게 검출될 수 있다. 상기 정전류인가부(59)는 게이트드라이버(5)의 내부에 구비될 수 있다. 즉, 상기 게이트드라이버(5)는 상기 정전류인가부(59)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 온도추정부(62)는 상기 다이오드모듈(61)의 양단 전압에 기초하여 상기 스위칭소자(111)의 온도를 추정할 수 있다. 상기 정전류인가부(59)로부터 다이오드모듈(61)에 정전류가 공급될 때, 상기 온도추정부(62)는 다이오드모듈(61)의 양단 전압을 센싱하게 된다. 상기 온도추정부(62)는 상기 다이오드모듈(61)의 양단 전압 값에 기초하여 상기 스위칭소자(111)의 온도를 도출할 수 있다. 구체적으로, 상기 온도검출부(6)는 다이오드모듈(61)에 정전류가 인가될 때 상기 다이오드모듈(61)의 온도 변화에 따른 전압값을 센싱하여 스위칭소자(111)의 온도를 검출할 수 있다.
상기 온도추정부(62)는 다이오드모듈(61)의 양단 전압 값에 따라 스위칭소자(111)의 온도를 결정하도록 구성된 온도결정맵을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 온도추정부(62)는 상기 온도결정맵을 이용하여 스위칭소자(111)의 실시간 온도를 도출할 수 있다. 상기 온도결정맵은 다이오드모듈(61)의 양단 전압 값을 입력값으로 하고 스위칭소자(111)의 온도 값을 출력값으로 하는 맵테이블로서 구성될 수 있으며, 사전 시험 및 평가 등을 통해 도출된 데이터를 이용하여 구축될 수 있다.
상기 스위칭소자(111)의 온도는 NTC 서미스터(negative temperature coefficient thermistor)가 내장된 DBC(direct bonded copper) 기판의 온도를 이용한 열모델 해석을 기반으로 추정되는 것도 가능하다. 그러나 상기 NTC 서미스터를 이용하여 스위칭소자(111)의 온도를 추정하는 경우 추정 정확도가 떨어지기 때문에 추정된 스위칭소자의 온도와 실제 스위칭소자의 온도 간에 큰 차이가 발생한다. 반면, 상기 다이오드모듈(61)을 이용하여 스위칭소자(111)의 온도를 추정하는 경우, 다이오드의 특성에 의해 스위칭소자(111)의 온도를 높은 정확도를 가지고 추정할 수 있다. 다이오드는 주변 온도에 따라 전압강하값이 달라지는 특성이 있다.
상기 온도검출부(6)에 의해 검출된 스위칭소자(111)의 온도 정보는 노이즈제거 필터(7)를 통해 보정기준결정부(53)에 입력될 수 있다. 즉, 상기 온도검출부(6)와 보정기준결정부(53) 사이에는 노이즈제거 필터(7)가 연결될 수 있다. 상기 노이즈제거 필터(7)는 입력신호에 포함된 노이즈를 선택적으로 제거하는 CM(Common Mode) 필터가 적용될 수 있다. 상기 노이즈제거 필터(7)는 온도검출부(6)에서 출력되는 온도 정보에 섞인 노이즈 성분을 제거할 수 있다. 상기 노이즈제거 필터(7)는 스위칭소자(111)의 온도 정보를 외부의 노이즈로부터 보호할 수 있다.
상기 보정기준결정부(53)는 온도검출부(6)에 의해 검출된 스위칭소자(111)의 온도와 설정된 기준온도(T) 간에 편차를 산출하고 상기 산출한 편차에 따라 보정기준(V1)을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 보정기준결정부(53)는 상기 편차에 따른 보정게인을 결정하는 게인선정부(531)와 상기 보정게인을 이용하여 상기 편차에 따른 보정기준(V1)을 산출하는 보정기준산출부(532)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 게인선정부(531)는 스위칭소자(111)의 온도와 기준온도(T) 간에 편차(즉, 온도 편차)에 따른 보정게인을 결정하도록 구성된 게인결정맵을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 상기 게인선정부(531)는 상기 게인결정맵을 이용하여 상기 보정게인을 선정할 수 있다. 상기 게인결정맵은 상기 온도 편차에 비례하는 보정게인을 결정하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 게인선정부(531)는 상기 온도 편차에 비례하는 보정게인을 선정할 수 있다.
상기 보정기준산출부(532)는 상기 온도 편차에 상기 보정게인을 곱한 값으로서 보정기준(V1)을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 보정기준(V1)은 스위칭소자(111)의 온도 편차에 비례하는 값으로 산출될 수 있다. 상기 보정기준산출부(532)는 상기 보정게인에 따라 상기 온도 편차의 신호를 증폭시킬 수 있는 증폭기(Op-Amp, Operational Amplifier)를 이용하여 상기 보정기준(V1)에 해당하는 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 보정기준(V1)은 스위칭소자(111)의 온도에 따른 과전류 검출기준(V)의 편차를 보정하기 위한 보상값이다. 즉, 상기 보정기준(V1)은 과전류 검출기준(V)의 편차를 보정하기 위해 사용될 수 있다.
그리고 상기 검출기준보정부(54)는 상기 보정기준결정부(53)에서 입력받은 보정기준(V1)을 이용하여 스위칭소자(111)의 과전류 검출기준(V)을 보정하도록 구성될 수 있다. 상기 검출기준보정부(54)는 기준온도(T)에서의 과전류 검출기준(V)에 상기 보정기준(V1)을 합산시켜 스위칭소자(111)의 온도 편차가 보정된 과전류 검출기준(V')을 결정할 수 있다. 즉, 상기 검출기준보정부(54)는 상기 보정기준(V1)과 과전류 검출기준(V)을 합산하여 스위칭소자(111)의 온도에 따른 편차가 보정된 과전류 검출기준(V')을 산출할 수 있다. 다시 말해, 상기 검출기준보정부(54)는 기준온도(T)에 대한 스위칭소자(111)의 온도 편차에 따른 과전류 검출기준(V)의 편차를 보상할 수 있다.
여기서, 상기 과전류 검출기준(V)은 설정된 기준온도(T)에서 스위칭소자(111)에 발생하는 과전류를 검출하기 위해 사용되는 기준전압 값이고, 상기 기준전압은 스위칭소자(111)의 드레인-소스 구간의 전압(VDS)이 포화전압에서 불포화전압으로 전환되는 임계전압으로 설정될 수 있다.
그리고 상기 보정된 과전류 검출기준(V')은 온도검출부(6)에 의해 추정된 스위칭소자(111)의 온도와 상기 기준온도(T) 간에 차이에 따라 발생되는 과전류 검출기준(V)의 편차가 보정된 기준전압 값이다. 상기 보정된 과전류 검출기준(V')은 기준온도(T)에 대한 스위칭소자(111)의 온도 편차가 존재할 때 스위칭소자(111)에 도통되는 과전류를 검출하기 위해 사용될 수 있다.
아울러 상기 기준온도(T)는 스위칭소자(111)의 정상작동이 가능한 상온으로 설정될 수 있다. 예를 들어 상기 기준온도(T)는 25℃ ~ 30℃ 범위의 온도일 수 있다.
상기와 같이 구성되는 과전류 검출기준 보상 시스템을 이용하여 스위칭소자의 과전류를 검출하기 위한 과전류 검출 시스템이 구성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 과전류 검출 시스템은 온도검출부(6)와 보정기준결정부(53) 및 검출기준보정부(54) 외에 과전류검출부(55)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 과전류검출부(55)는, 상기 검출기준보정부(54)에서 보정된 과전류 검출기준(V')을 입력받을 수 있고, 실시간으로 모니터링하여 측정된 실제 스위칭소자(111)의 드레인-소스 전압(VDS)을 입력받을 수 있다. 상기 과전류검출부(55)는 상기 과전류 검출기준(V')과 드레인-소스 전압(VDS)을 비교하고 그 비교결과에 따라 상기 스위칭소자(111)에 과전류가 발생하는지 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로 상기 과전류검출부(55)는, 스위칭소자(111)의 드레인-소스 전압(VDS) 정보를 수신하는 전압신호수신부(551)와, 상기 전압신호수신부(551)에서 수신한 드레인-소스 구간의 전압(VDS)이 상기 검출기준보정부(54)에서 보정된 과전류 검출기준(V') 이하이면 스위칭소자에 과전류가 발생한 것으로 판단하는 과전류판단부(552)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전압신호수신부(551)는 스위칭소자의 드레인-소스 전압(VDS)을 측정할 수 있는 전압측정수단으로부터 드레인-소스 전압(VDS) 정보를 입력받을 수 있다.
상기 과전류판단부(552)는 상기 전압신호수신부(551)에서 수신한 드레인-소스 구간의 전압(VDS)이 상기 검출기준보정부(54)에서 보정된 과전류 검출기준(V')을 초과하면 스위칭소자(111)에 과전류가 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 과전류 검출 시스템은 상기 보정된 과전류 검출기준(V')을 이용하여 스위칭소자의 과전류를 검출하기 때문에 스위칭소자의 온도 변화에 상관없이 스위칭소자에 도통되는 과전류를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
스위칭소자의 온도 편차에 따른 보정기준(V1)을, 과전류 검출기준(V)이 아니라, 스위칭소자의 드레인-소스 전압(VDS)에 합산시켜 상기 스위칭소자의 온도 편차를 보상하기 위한 보정을 수행하는 것도 가능하다. 그러나, 상기 보정기준(V1)을 스위칭소자의 드레인-소스 전압(VDS) 값에 합산시켜 스위칭소자의 온도에 따른 보정을 수행하는 경우, 인버터의 스위칭모듈별로 과전류 검출기준(V)을 이원화시켜야 하는 문제가 발생하며, 또한 과전류 검출기준(V)이 전류 공급부(52)의 출력보다 클 경우 상기 전류 공급부(52)의 출력을 높여야 하는 문제가 발생한다. 상기 전류 공급부(52)의 출력전압을 높이는 경우 재료비 상승이 초래된다.
따라서 상기 보정기준(V1)을 과전류 검출기준(V)에 합산시켜 스위칭소자의 온도에 따른 과전류 검출기준(V)의 편차를 보상하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 스위칭소자의 온도 편차에 따라 과전류 검출기준(V)을 보상함으로써 스위칭소자에 인가되는 과전류를 정확하게 검출할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명에서는 보정된 과전류 검출기준(V')을 이용하여 스위칭소자의 과전류 검출 정확도를 높이고 스위칭소자의 안정성을 증대시키게 된다.
이와 달리 스위칭소자의 드레인-소스 전압을 가변시켜 스위칭소자의 온도 편차에 대응하는 것도 가능하다. 즉, 상기와 같이 과전류 검출기준(V)을 보상하지 않고, 스위칭소자의 온도 변화에 따라 실제 스위칭소자에 걸리는 드레인-소스 전압을 가변시켜서 스위칭소자의 과전류 검출 정확도를 증대하는 것도 가능하다. 이를 위해 도 6에 도시된 바와 같이 게이트드라이버(5)의 전류 공급부(52)와 스위칭소자(93)의 드레인 단자(D) 사이에 가변저항모듈(9)이 연결될 수 있다. 상기 가변저항모듈(9)은 병렬 연결된 복수의 저항(91)과 상기 각 저항(91)과 직렬로 연결된 전류단속소자(92)로 구성될 수 있다. 상기 전류단속소자(92)는 전류 공급부(52)로부터 각 저항(91)으로 흐르는 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 게이트드라이버(5)는 상기 전류단속소자(92)들의 작동을 제어하는 소자제어부(57)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 전류단속소자(92)의 작동은 게이트드라이버(5)의 소자제어부(57)에 의해 제어될 수 있다. 상기 전류단속소자(92)를 이용하여 전류의 흐름을 제어함으로써 상기 복수의 저항(91) 중 선택된 저항에만 전류가 흐르도록 할 수 있다. 상기 복수의 저항(91) 중 도통되는 저항의 갯수에 따라 상기 가변저항모듈(9)의 저항값 및 전압강하량이 변동되고, 그에 따라 스위칭소자(93)의 드레인-소스 전압이 변경될 수 있다. 상기 전류단속소자(92)는 모스펫(MOSFET) 등의 스위칭소자일 수 있다.
이와 같이 스위칭소자(93)의 드레인 단자(D)와 소스 단자(S) 사이에 걸리는 전압이 가변됨에 의해 스위칭소자(93)의 온도 변화에 대응하여 과전류 검출 정확도를 증대하는 것이 가능하게 된다.
또한, 스위칭소자의 온도 변화에 따라 스위칭소자에 걸리는 드레인-소스 전압을 가변시키기 위해, 도 7에 도시된 바와 같이 스위칭소자(112)의 드레인 단자(D)에 전류를 공급하는 전류원으로 가변전류공급부(10)가 적용될 수 있다. 상기 가변전류공급부(10)는 게이트드라이버(5)의 내부에 구비되는 전류원일 수 있다. 상기 가변전류공급부(10)를 통해 상기 스위칭소자(112)의 드레인 단자(D)에 공급되는 전류를 선택적으로 가변시킴으로써 저항(21)과 다이오드(31) 및 스위칭소자(112)에 의해 발생하는 전압강하량이 변동되고 상기 전압강하량이 변동됨에 따라 상기 스위칭소자(112)의 드레인-소스 전압이 변경될 수 있다. 이에 따라 결과적으로 스위칭소자(112)의 드레인-소스 전압이 스위칭소자(112)의 온도 편차가 발생하기 이전의 전압 수준으로 발생되며, 그에 따라 스위칭소자(112)의 온도 변화에 대응하여 과전류 검출 정확도를 증대하는 것이 가능하게 된다.
1 : 인버터 11 : 스위칭모듈
111 : 스위칭소자 2 : 제1저항
3 : 다이오드 4 : 커패시터
5 : 게이트드라이버 51 : 게이트 구동부
52 : 전류 공급부 59 : 정전류인가부
53 : 보정기준결정부 531 : 게인선정부
532 : 보정기준산출부 54 : 검출기준보정부
55 : 과전류검출부 551 : 전압신호수신부
552 : 과전류판단부 6 : 온도검출부
61 : 다이오드모듈 62 : 온도추정부
7 : 노이즈제거 필터 8 : 모터제어기
D : 드레인 단자 S : 소스 단자
G : 게이트 단자

Claims (9)

  1. 직렬로 연결된 복수의 스위칭소자로 이루어진 스위칭모듈;
    상기 스위칭소자의 온도를 검출하는 온도검출부;
    상기 온도검출부에 의해 검출된 상기 스위칭소자의 온도와 설정된 기준온도 간에 편차를 산출하고, 상기 산출한 편차에 따라 보정기준을 결정하는 보정기준결정부;
    상기 보정기준을 이용하여 스위칭소자의 과전류 검출기준을 보정하는 검출기준보정부;
    를 포함하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도검출부는,
    상기 스위칭소자가 내장된 하우징에 배치되어 정전류를 공급받는 다이오드모듈;
    상기 다이오드모듈에 정전류가 공급될 때 상기 다이오드모듈의 양단 전압에 기초하여 상기 스위칭소자의 온도를 추정하는 온도추정부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 온도추정부는 상기 다이오드모듈의 양단 전압을 입력으로 하고 스위칭소자의 온도를 출력으로 하는 온도결정맵에 의해 상기 스위칭소자의 온도를 예측하는 것을 특징으로 하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 보정기준결정부는,
    스위칭소자의 온도와 상기 기준온도 간에 차이에 따른 보정게인을 결정하는 게인선정부;
    상기 보정게인을 이용하여 상기 차이에 따른 보정기준을 산출하는 보정기준산출부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출기준보정부는, 상기 과전류 검출기준에 상기 보정기준을 합산시켜 스위칭소자의 온도에 따른 편차가 보정된 과전류 검출기준을 산출하는 것을 특징으로 하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭소자는 전계효과 트랜지스터(FET)인 것을 특징으로 하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템.
  7. 직렬로 연결된 복수의 스위칭소자로 이루어진 스위칭모듈;
    상기 스위칭소자의 온도를 검출하는 온도검출부;
    상기 온도검출부에 의해 검출된 상기 스위칭소자의 온도와 설정된 기준온도 간에 편차를 산출하고, 상기 산출한 편차에 따라 보정기준을 결정하는 보정기준결정부;
    상기 보정기준을 이용하여 스위칭소자의 과전류 검출기준을 보정하는 검출기준보정부; 및
    상기 검출기준보정부에서 보정된 과전류 검출기준과 상기 스위칭소자의 드레인-소스 전압을 비교한 결과에 따라 상기 스위칭소자에 과전류가 흐르는지 여부를 판단하는 과전류검출부;
    를 포함하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 과전류검출부는,
    스위칭소자의 드레인-소스 전압 정보를 수신하는 전압신호수신부;
    상기 전압신호수신부에서 수신한 드레인-소스 전압이 상기 검출기준보정부에서 보정된 과전류 검출기준 이하이면 스위칭소자에 과전류가 인가된 것으로 판단하는 과전류판단부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 과전류판단부는 상기 전압신호수신부에서 수신한 드레인-소스 전압이 상기 검출기준보정부에서 보정된 과전류 검출기준을 초과하면 상기 스위칭소자에 과전류가 인가되지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출 시스템.
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