KR20170024376A - 기준전압 가변형 igbt 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IGBT 소자의 보호를 위해 설정되는 기준전압을 가변형으로 설계한 기준전압 가변형 IGBT 구동회로에 관한 것으로, IGBT 소자의 스위칭 동작을 제어하는 입력신호를 증폭하는 구동회로와, 상기 IGBT 소자의 컬렉터 전압을 기준전압과 비교하여 상기 입력신호를 선택적으로 차단하는 보호회로와, IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 상기 기준전압을 가변 설정하기 위한 기준전압 가변회로;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

기준전압 가변형 IGBT 구동회로{IGBT DRIVING CIRCUIT}

본 발명은 전력변환 시스템의 스위칭 소자에 관한 것으로, 특히 IGBT 소자의 보호를 위해 설정되는 기준전압을 가변형으로 설계한 기준전압 가변형 IGBT 구동회로에 관한 것이다.

전력변환 시스템에서 스위칭 소자로 사용되는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)는 게이트에 인가되는 전압에 의해 스위칭 특성이 결정되는 전압 구동형 스위칭 소자이며, 그 내부적으로 여러 개의 스위칭 소자가 병렬적인 접속 구조를 갖는 대용량 전원 스위칭 소자이다.

이와 같은 IGBT는 소용량 소자가 병렬로 접속되어 있는 구조이기 때문에 안정적인 스위칭 동작을 위해서는 별도의 구동회로가 필요하게 된다.

전압 구동형 스위칭 소자인 IGBT는 적절한 게이트 전압을 확립하지 못하게 되면 전원 이상(저전압) 등으로 게이트 구동실패가 발생하게 되고, 이와 같이 게이트 구동실패가 발생하게 되면 장치에 안정적인 전원공급이 어렵게 된다. 또한 게이트 구동실패 및 제어전원 이상 등으로 인하여 안정적인 스위칭 동작을 하지 못하게 되면 과전류가 흐르게 되어 IGBT가 파손되는 문제가 발생한다.

따라서 IGBT를 안정적으로 구동하기 위해서는 게이트 구동 전압의 결정, 게이트 턴-온, 턴-오프 저항의 적정치 설정, 과전류 보호회로 및 저전압 검지회로의 정확한 설계가 요구된다.

도 1은 일반적인 IGBT 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 공지된 IGBT의 게이트 구동회로의 상세 구성을 예시한 것이다.

도 1을 참조하면, IGBT는 게이트에 높은 전압과 전류가 공급되면 IGBT는 턴-온되어 컬렉터와 에미터 사이에 큰 전류가 흐르게 된다. IGBT를 구동하기 위해서는 입력단 게이트에 전력을 공급하는 게이트 구동회로를 필요로 하며, 게이트 구동회로는 도 2에 도시한 바와 같이 전력을 증폭하는 구동단(앤드게이트와, 버퍼)을 포함하며, IGBT가 비정상적으로 동작할 경우 보호하기 위한 보호회로(비교기)를 더 포함한다.

도 1에 도시한 두 개의 IGBT는 상단의 IGBT가 턴-온되면 하단의 IGBT는 턴-오프되는 방식으로 서로 배타적으로 동작한다. 그러나 하단의 IGBT의 컬렉터 전압이 외부 요인 등의 급격한 변동으로 전류가 게이트로 유입되면, 게이트 전압이 상승하여 2개의 IGBT가 동시에 턴-온된다. 이러한 경우 전원단과 접지 사이에 전류 경로가 형성되는 쇼트 쓰루(short through) 상태를 만들어 중대한 에너지 손실을 초래한다.

이러한 현상을 방지하기 위하여 도 2에 도시한 바와 같이 하단 IGBT의 컬렉터 전압을 감지하여 일정한 기준전압에 도달하게 되면 앤드게이트에 공급되는 비교기의 출력을 '로우'로 전환시켜 IGBT 게이트 전압을 차단하여 IGBT 소자와 시스템을 보호하게 된다.

IGBT의 동작을 정지시키기 위해 필요한 기준전압은 IGBT의 용량이나 부하의 크기에 따라 그 값이 가변되어야 하기 때문에, 다양한 IGBT를 구동할 수 있도록 기준전압을 가변시킬 수 있는 회로를 구성한다면 다양한 시스템에 폭넓게 응용 가능할 것이다.

대한민국 공개특허공보 10-2014-0007951 대한민국 공개특허공보 특2000-0060439

이에 본 발명의 목적은 상술한 필요성에 따라 창안된 발명으로서, IGBT의 동작을 정지시키기 위해 필요한 기준전압을 IGBT의 용량이나 부하의 크기에 따라 가변시킬 수 있도록 설계한 기준전압 가변형 IGBT 구동회로를 제공함을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 가변형 IGBT 구동회로는,

IGBT 소자의 스위칭 동작을 제어하는 입력신호를 증폭하는 구동회로와;

상기 IGBT 소자의 컬렉터 전압을 기준전압과 비교하여 상기 입력신호를 선택적으로 차단하는 보호회로와;

IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 상기 기준전압을 가변 설정하기 위한 기준전압 가변회로;를 포함함을 특징으로 하며,

상기 기준전압 가변회로는 입력저항이 비반전 단자에 연결되고 출력단은 상기 보호회로의 기준전압 비교용 비교기에 연결되는 연산 증폭기와;

기준전압을 가변시키기 위해 상기 연산 증폭기의 반전 단자와 출력단 사이에 연결되는 가변형 피드백 저항을 포함함을 또 다른 특징으로 하며,

상기 연산 증폭기와 상기 보호회로는 상기 구동회로 IC 내에 위치하되, 상기 가변형 피드백 저항은 상기 구동회로 IC 외부에서 연결됨을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 과제 해결 수단에 따르면, 본 발명의 기준전압 가변형 IGBT 구동회로는 IGBT 소자의 스위칭 동작을 제어하는 입력신호를 증폭하는 구동회로 내에 IGBT 소자의 컬렉터 전압을 기준전압과 비교하여 상기 입력신호를 선택적으로 차단하는 보호회로를 포함하되, IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 상기 기준전압을 가변 설정하기 위한 기준전압 가변회로를 더 포함시킴으로써, IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 맞게 기준전압을 편리하게 변경 설정할 수 있는 효과가 있으며,

또한 IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 가변될 수 있는 기준전압을 제공하기 때문에 다양한 시스템에 폭넓게 사용될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 IGBT 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 공지된 IGBT의 게이트 구동회로의 상세 구성 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 가변형 IGBT 구동회로의 상세 구성 예시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 가변형 IGBT 구동회로의 상세 구성도를 예시한 것이다.

도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 가변형 IGBT 구동회로는 IGBT 소자의 게이트단에 연결되어 IGBT 소자의 스위칭 동작을 제어하는 입력신호를 증폭하는 구동회로(10) IC를 포함한다.

이러한 게이트 구동회로(10)는 도시된 바와 같이 상기 입력신호를 일입력으로 하는 앤드게이트(A1) 소자와 그 앤드게이트(A1) 소자의 출력을 증폭 출력하는 버퍼를 포함한다.

또한 상기 구동회로(10) 내에는 IGBT 소자의 컬렉터 전압을 기준전압과 비교하여 상기 입력신호를 선택적으로 차단하는 보호회로(20)를 더 포함하는데, 이러한 보호회로(20)는 도 3에 도시한 바와 같이 비교기로 구현 가능하다.

보호회로(20)인 비교기는 인가되는 컬렉터 전압이 후술할 기준전압 가변회로(30)에서 발생되는 기준전압 이상이 되면 출력신호를 '로우'상태로 반전시켜 상기 앤드게이트(A1)에 인가함으로써, 상기 입력신호를 선택적으로 차단시킨다. 이에 보호회로(20)인 비교기에서 출력되는 신호를 입력 차단신호로 명명할 수도 있다.

마지막으로 게이트 구동회로(10)는 IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 기준전압을 가변 설정하기 위한 기준전압 가변회로(30)를 더 포함한다.

기준전압 가변회로(30)는 입력저항(R1)이 비반전 단자(+)에 연결되고 출력단은 상기 보호회로(20)인 비교기에 연결되는 연산 증폭기(OP)와,

기준전압을 가변시키기 위해 상기 연산 증폭기(OP)의 반전 단자(-)와 출력단 사이에 연결되는 가변형 피드백 저항(Rext)을 포함한다.

상술한 연산 증폭기(OP)와 보호회로(20)는 게이트 구동회로(10) IC 내에 위치하되, 가변형 피드백 저항(Rext)은 구동회로(10) IC 외부에서 연결되어 기준전압변화 범위를 조정할 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 가변형 IGBT 구동회로는 IGBT 소자의 스위칭 동작을 제어하는 입력신호를 증폭하는 구동회로 내에 IGBT 소자의 컬렉터 전압을 기준전압과 비교하여 상기 입력신호를 선택적으로 차단하는 보호회로(20)를 포함하되, IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 상기 기준전압을 가변 설정하기 위한 기준전압 가변회로(30)를 더 포함시킴으로써, IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 맞게 기준전압을 편리하게 변경 설정할 수 있도록 한다.

아울러 본 발명 역시 IGBT의 컬렉터 전압이 외부 요인에 의해 급격하게 변동되더라도 이를 보호회로(20)가 감지하여 앤드게이트(A1)에 공급되는 비교기(20)의 출력을 '로우'로 반전시켜 구동회로(10)에 인가되는 입력신호를 구동회로(10) 내부에서 차단시킴으로서 IGBT 소자와 시스템을 정상적으로 보호할 수 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 가변될 수 있는 기준전압을 제공하기 때문에 다양한 시스템에 폭넓게 사용될 수 있는 이점이 있다.

이상은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 게이트 구동회로 20: 보호회로
30: 기준전압 가변회로 OP: 연산 증폭기

Claims (3)

1. IGBT 소자의 스위칭 동작을 제어하는 입력신호를 증폭하는 구동회로와;
   상기 IGBT 소자의 컬렉터 전압을 기준전압과 비교하여 상기 입력신호를 선택적으로 차단하는 보호회로와;
   IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 상기 기준전압을 가변 설정하기 위한 기준전압 가변회로;를 포함함을 특징으로 하는 기준전압 가변형 IGBT 구동회로.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 기준전압 가변회로는,
   입력저항이 비반전 단자에 연결되고 출력단은 상기 보호회로의 기준전압 비교용 비교기에 연결되는 연산 증폭기와;
   기준전압을 가변시키기 위해 상기 연산 증폭기의 반전 단자와 출력단 사이에 연결되는 가변형 피드백 저항;을 포함함을 특징으로 하는 기준전압 가변형 IGBT 구동회로.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 연산 증폭기와 상기 보호회로는 상기 구동회로 IC 내에 위치하되, 상기 가변형 피드백 저항은 상기 구동회로 IC 외부에서 연결됨을 특징으로 하는 기준전압 가변형 IGBT 구동회로.
   
   

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