Journal of the Institute of Convergence Signal Processing (융합신호처리학회논문지)

The Korea Institute of Convergence Signal Processing (한국융합신호처리학회)
권호 표지

Development and Implementation of an Over-Temperature Protection System for Power Semiconductor Devices

전력용 반도체 소자의 과열보호시스템 설계 및 구현

  • Received : 2009.08.31
  • Accepted : 2010.04.29
  • Published : 2010.04.30
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Abstract

This paper presents the practical implementation of an over-temperature protection system for power semiconductor devices. In the proposed system, temperature variation is provided with just using $R_{ds(on)}$ characteristics of power MOSFET, while extra device such as a temperature sensor or an over-temperature detection transistor is needed to monitor the temperature in the conventional method. The proposed protection technique is experimentally tested on IRF840 power MOSFET. The PIC microcontroller PIC16F877A is used for the implementation of the proposed protection algorithm. The built-in 10-bit A/D converter is utilized for detecting voltage variance between a drain and a source of IRF840. The induced temperature-resistance relationship based on the measured drain-source voltage, supplies a gate signal to the power MOSFET. If detected temperature's voltage exceeds any a protection temperature's voltage, the microcontroller removes the trigger signal from the power MOSFET. These test results showed satisfactory performances of the proposed protection system in term of accuracy within 1.5%.

본 논문에서는 전력용 반도체 소자를 위한 과열보호시스템의 설계 및 구현에 관한 내용을 다룬다. 제안된 시스템은 전력용 반도체 소자의 온도를 검출하기 위해서 별도의 온도센서나 트랜지스터를 사용하는 기존의 방법과 달리 파워 MOSFET의 $R_{ds(on)}$ 특성만을 이용한다. 과열보호를 위한 제안된 방법은 IRF840 파워 MOSFET를 이용하여 성공적으로 시험되었다. 제안된 과열보호 알고리즘을 구현하기 위해 PIC 마이크로컨트롤러인 PIC16F877A 소자를 사용하였다. 내장된 10-bit A/D 변환기는 IRF840의 소스와 드레인 전압변화를 검출하기 위해 이용된다. 측정된 소스-드레인 간 전압으로부터 도출된 온도-저항 간의 관계식은 파워 MOSFET의 게이트 트리거 신호를 제어한다. 만약 검출된 온도 전압의 임계값이 설정된 임의의 보호온도 전압 값을 초과할 때 마이크로컨트롤러는 파워 MOSFET으로부터 트리거 신호를 제거시켜 파워 MOSFET이 과열되는 것을 방지한다. 실험결과는 제안된 시스템이 정확도 측면에서 1.5%의 오차 이내로 정확함을 보여주었다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 경남대학교

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