IGBT 인버터에서 단락 전류 보호용 새로운 게이트 구동 회로

Abstract

모터 구동용 인버터 회로에서 소자의 안전 동작을 보증하기 위해서는 단락 보호 회로가 반드시 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 게이트 전압의 패턴 분석기 (Gate Voltage Pattern Analyzer) 를 통한 새로운 방법의 단락 보호 회로를 제안하였다. 기존의 단락 보호 방법은 고전압 Diode를 이용한 IGBT의 도통 전압을 검출해서 보호하는 방법과 IGBT의 에미터단에 대전력 전류 검출 저항을 삽입하는 방법 등이 사용되었다. 하지만, 본 논문에서 제안하는 방법은 IGBT의 게이트 전압 패턴을 분석하여 고장 상태 여부를 판단하는 게이트 전압 패턴 분석기와, 게이트 전압 패턴 분석기에서 고장 상태인 경우 출력하는 출력신호에 따라 IGBT의 게이트 전압이 증가하는 것을 차단하는 게이트 전압 클램퍼와, 그리고 게이트 전압 패턴 분석기에서 고장 상태인 경우 출력하는 출력신호에 따라 IGBT를 서서히 턴 오프 시키는 소프트 오프를 구현하였다. 고전압용 및 대전력용 소자가 필요 없으므로, 게이트 구동용 IC (Integrated Circuit) 또는 최근 단일 전압 인버터 구동을 용이하게 할 수 있는 HVIC (High Voltage Integrated Circuit) 로 구현 가능한 장점을 가지게 된다. 끝으로, 제안된 방법은 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험을 통해 타당성을 입증하였다.; For the motor drive applications, short circuit protection is necessary to guarantee safety of all motor drive systems. This paper presents a new scheme for short circuit protection of IGBT by the gate voltage pattern analyzer (GVPA), which operates under the fault conditions such as short circuit and fault under load (FUL). It has some functions such as short circuit detection through pattern recognition of IGBT gate voltage, gate voltage clamping for the reduction of short circuit current and soft off for the reduction of surge voltage. Moreover, it can be integrated as one gate drive integrated circuit (IC) or high voltage integrated circuit (HVIC) because GVPA supplements logic and low voltage components. This paper provides simulation as well as actual experimental result of a new scheme under variable fault conditions as actual experimental result of a new scheme under variable fault conditions.