JP5646665B2

JP5646665B2 - ゲート駆動回路及びこれを有するインバーター

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Publication number: JP5646665B2
Application number: JP2013027882A
Authority: JP
Inventors: ファジョン、イン; ソクスー、ブン
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: CN103701340A; US20140084693A1; EP2713496A2; JP2014073071A; CN103701340B; KR101422922B1; KR20140040984A; EP2713496B1; EP2713496A3; US9312787B2

Description

本発明は、高電圧で駆動されるゲート駆動回路及びこれを有するインバーターに関する。

一般に、インバーターは、直流電源が入力されて交流電源を出力する回路であり、出力する交流電源の電圧のサイズ、周波数等を制御して交流電源を出力するかモータ等を駆動することができる。

このようなインバーターは、家庭用又は産業分野等に幅広く用いられることができる。

このようなインバーターを駆動させるために駆動装置が採用される。駆動装置は、インバーターから交流電源を提供するためのアーム（ａｒｍ）のスイッチをオン／オフさせて交流電源が提供されるように駆動させることができる。

一方、インバーターは、家庭用のみならず産業用としても広く用いられ、産業用の特性上、高電圧の交流電源が必要とされる。

一般的なインバーターには、下記の先行技術文献に記載されたように、インバーターアーム（ａｒｍ）のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチをそれぞれターンオン／ターンオフ制御するゲート駆動集積回路がそれぞれ採用されることができる。ハイサイドスイッチをターンオン／ターンオフ制御するゲート駆動集積回路は、高電圧がハイサイドスイッチに印加されるため、ハイサイドスイッチに印加される高電圧の電圧レベルに耐えられる程度の耐圧特性を有するべきである。

しかしながら、産業用の場合、約１２００Ｖ以上の高電圧がハイサイドスイッチに印加されるため、ハイサイドスイッチの駆動を制御する高電圧ゲート駆動集積回路の耐圧特性も１２００Ｖ以上の電圧レベルに耐えられるべきであるが、このような耐圧特性を有する高電圧ゲート駆動集積回路は製造コストが高いという問題がある。

韓国公開特許第１０−２００５−００５２３３９号公報

本発明は、上述した問題を解決するためのものであり、高電圧で動作が安定的であり且つ製造コストが安いゲート駆動回路及びこれを有するインバーターを提供することを目的とする。

上述した本発明の課題を解決するために、本発明の一つの技術的な面によれば、少なくとも二つのスイッチを有する少なくとも一つのインバーターアームを備え、制御により入力電源をスイッチングして交流電源を出力するインバーター部のスイッチング制御を指示する指示信号の入力端と上記インバーター部のスイッチングを制御する制御信号の出力端の間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動機を有する少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部を備え、上記少なくとも二つのスイッチのうちハイサイド（ｈｉｇｈｓｉｄｅ）スイッチのスイッチング駆動を制御し、上記ハイサイドスイッチのスイッチング時に発生する電圧が上記複数の高電圧ゲート駆動機に分圧されて印加される高電圧ゲート駆動回路部を含むゲート駆動回路を提案する。

本発明の一つの技術的な面によれば、上記高電圧ゲート駆動回路部は上記ハイサイドスイッチのスイッチング時に発生して上記複数の高電圧ゲート駆動機にそれぞれ印加される電圧を分圧する分圧部を含むことができる。

本発明の一つの技術的な面によれば、上記分圧部は上記複数の高電圧ゲート駆動機にそれぞれ並列に連結されて上記複数の高電圧ゲート駆動機にそれぞれ印加される電圧を均等に分圧する複数のバランサーを含むことができる。

本発明の一つの技術的な面によれば、上記複数のバランサーのうち少なくとも一つのバランサーは該当する高電圧ゲート駆動機に並列連結される少なくとも一つの抵抗からなることができる。

本発明の一つの技術的な面によれば、上記複数のバランサーのうち少なくとも一つのバランサーは上記少なくとも一つの抵抗に並列連結される少なくとも一つのダイオードをさらに含むことができる。

本発明の一つの技術的な面によれば、上記インバーター駆動回路部は、単一駆動電源を供給されることができる。

本発明の一つの技術的な面によれば、上記少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部は上記単一駆動電源を上記複数の高電圧ゲート駆動機それぞれに伝達する複数の電源供給器を有する電源供給部をさらに含むことができる。

本発明の一つの技術的な面によれば、上記複数の電源供給器それぞれは互いに直列連結される少なくとも一つのダイオードからなるか、又は上記複数の電源供給器それぞれは互いに並列連結される少なくとも一つのダイオードからなることができる。

本発明の一つの技術的な面によれば、上記少なくとも二つのスイッチのうちローサイドスイッチのスイッチング駆動を制御する低電圧ゲート駆動部をさらに含むことができる。

本発明の一つの技術的な面によれば、上記インバーター部は互いに並列連結される三つのインバーターアームを含むことができる。

本発明の一つの技術的な面によれば、上記三つのインバーターアームの各ハイサイドスイッチを駆動する第１、第２及び第３の高電圧ゲート駆動回路部を含むことができる。

上述した本発明の課題を解決するために、本発明の一つの技術的な面によれば、予め設定された電圧レベルを有する入力電源を提供する入力電源端と接地の間に互いに直列連結された少なくとも一つのハイサイドスイッチ及び少なくとも一つのローサイドスイッチを有する少なくとも一つのインバーターアームを備え、制御により上記入力電源をスイッチングして交流電源を出力するインバーター部と、上記インバーター部のスイッチング制御を指示する指示信号の入力端と上記インバーター部のスイッチングを制御する制御信号の出力端の間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動機を有する少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部を備えて上記少なくとも一つのハイサイド（ｈｉｇｈｓｉｄｅ）スイッチのスイッチング駆動を制御し、上記少なくとも一つのハイサイドスイッチのスイッチング時に発生する電圧が上記複数の高電圧ゲート駆動機に分圧されて印加される高電圧ゲート駆動回路部と、上記少なくとも一つのローサイドスイッチのスイッチング駆動を制御する低電圧ゲート駆動部と、を含むインバーターを提案する。

本発明によれば、約１２００Ｖの入力電源をスイッチングする場合、これより低い耐圧特性を有する複数の駆動回路を直列連結し、スイッチング時に複数の駆動回路に印加される電圧を分圧して駆動回路が安定的に動作するようにすることにより、１２００Ｖの耐圧を有する高価の駆動回路を代替して製造コストを低減することができ、単一電源を複数の駆動回路に供給して回路構成が簡単になり製造コストをさらに低減することができる。

本発明のインバーターの第１の実施形態を概略的に示す回路図である。本発明のインバーターの第２の実施形態を概略的に示す回路図である。本発明のインバーターの第３の実施形態を概略的に示す回路図である。本発明のインバーターの第４の実施形態を概略的に示す回路図である。本発明のインバーターの第５の実施形態を概略的に示す回路図である。本発明のインバーターの第６の実施形態を概略的に示す回路図である。本発明のインバーターの第７の実施形態を概略的に示す回路図である。本発明のインバーターの第８の実施形態を概略的に示す回路図である。本発明のインバーターの電気的特性を示す電圧波形を示す図である。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

なお、明細書全体にわたって、ある部分が他の部分と「連結」されているとは、「直接的に連結」されている場合のみならず、その中間に他の素子を介して「間接的に連結」されている場合も含むことを意味する。

また、ある構成要素を「含む」とは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１〜図８は、本発明のインバーターの第１〜第８の実施形態を概略的に示す回路図である。

図１を参照すると、本発明のインバーターの第１の実施形態１００は、高電圧ゲート駆動回路部１１０、低電圧ゲート駆動部１２０及びインバーター部１３０を含むことができる。

高電圧ゲート駆動回路部１１０は、高電圧ゲート駆動部１１１、電源供給部１１２及び分圧部１１３を含むことができる。

高電圧ゲート駆動部１１１は、複数の高電圧ゲート駆動機１１１‐１〜１１１‐Ｎを含むことができる。図示されているように、第１〜第Ｎの高電圧ゲート駆動機１１１‐１〜１１１‐Ｎは、インバーター部１３０のスイッチング制御を指示する指示信号Ｓａが入力される指示信号入力端とインバーター部１３０のスイッチングを制御する制御信号Ｓｂが出力される制御信号出力端の間に直列連結されることができる。高電圧ゲート駆動部１１１はインバーター部１３０のスイッチングを制御することができる。これにより、第１の高電圧ゲート駆動機１１１‐１に指示信号Ｓａが入力されると、指示信号Ｓａに含まれたスイッチング制御に関する情報をそのまま後端の高電圧ゲート駆動機に伝達し、最終端の第Ｎの高電圧ゲート駆動機１１１‐Ｎは第１の高電圧ゲート駆動機１１１‐１に入力された指示信号Ｓａが制御しようとするスイッチング制御の意図に適う制御信号Ｓｂをインバーター部１３０に伝達してインバーター部１３０のスイッチングを制御することができる。

インバーター部１３０は、入力電源ＶＤＣをスイッチングして交流電源を出力することができる。インバーター部１３０は、入力電源ＶＤＣが入力される入力電源端と接地の間に互いに直列連結された少なくとも一つのハイサイドスイッチＨＭと少なくとも一つのローサイドスイッチＬＭを有する少なくとも一つのインバーターアーム（ａｒｍ）１３１を含むことができる。図示されてはいないが、印加される電圧を分担するために複数のハイサイドスイッチが直列連結されることができ、同様に、複数のローサイドスイッチが直列連結されることもできる。

ハイサイドスイッチＨＭのゲートには高電圧ゲート駆動部１１１からの制御信号Ｓｂが入力されてスイッチングオン／オフが制御され、ローサイドスイッチＬＭのゲートにも低電圧ゲート駆動部１２０からの制御信号が入力されてスイッチングオン／オフが制御され、ハイサイドスイッチＨＭのスイッチングオン／オフに応じて高電圧ゲート駆動部１１１に入力電源ＶＤＣに該当する電圧レベルを有する電源が印加されることができる。

印加された電源の電圧レベルが第１〜第Ｎの高電圧ゲート駆動機１１１‐１〜１１１‐Ｎに分圧されて印加されるように、高電圧ゲート駆動回路部１１０は分圧部１１３を含むことができる。

分圧部１１３は第１〜第Ｎのバランサー１１３‐１〜１１３‐Ｎを含み、第１〜第Ｎのバランサー１１３‐１〜１１３‐Ｎは第１〜第Ｎの高電圧ゲート駆動機１１１‐１〜１１１‐Ｎに一対一で対応して該当する高電圧ゲート駆動機に並列連結されることができる。これにより、第１〜第Ｎのバランサー１１３‐１〜１１３‐Ｎは、ハイサイドスイッチＨＭのスイッチングオン／オフに応じて第１〜第Ｎの高電圧ゲート駆動機１１１‐１〜１１１‐Ｎに印加される電源の電圧レベルを均等に分圧することができる。これにより、例えば、１２００Ｖ以上の電圧レベルを有する入力電源ＶＤＣが入力されてハイサイドスイッチＨＭのスイッチングオン／オフに応じて印加される電源の電圧レベルが均等に分圧され、図３に示される本発明のインバーターの第３の実施形態３００のように耐圧が６００Ｖの高電圧ゲート駆動機３１１‐１、３１１‐２が二つ直列連結されるか、又は図示されてはいないが、耐圧が４００Ｖの高電圧ゲート駆動機が３個直列連結されて、高価の１２００Ｖの高電圧ゲート駆動機を代替することができるため、製造コストを低減することができる。

図３に示される本発明のインバーターの第３の実施形態３００の場合、分圧部３１３は、第１及び第２の高電圧ゲート駆動機３１１‐１、３１１‐２に該当する第１及び第２のバランサー３１３‐１、３１３‐２を含むことができる。第１及び第２のバランサー３１３‐１、３１３‐２は、図６、図７及び図８に示される本発明のインバーターの第６、第７及び第８の実施形態６００、７００、８００のように、それぞれ第１及び第２の高電圧ゲート駆動機６１１‐１、６１１‐２、７１１‐１、７１１‐２、８１１‐１、８１１‐２に並列連結され互いに直列連結される少なくとも一つの抵抗Ｒ１、Ｒ２又は少なくとも一つの抵抗Ｒ１、Ｒ２及び抵抗Ｒ１、Ｒ２に並列連結される少なくとも一つのダイオードＤ１、Ｄ２を含むことができる。

高電圧ゲート駆動部１１１には、単一電源Ｖｃｃが印加されることができる。

単一電源Ｖｃｃが第１〜第Ｎの高電圧ゲート駆動機１１１‐１〜１１１‐Ｎにそれぞれ印加されるために、高電圧駆動回路部１１０は電源供給部１１２をさらに含むことができる。

電源供給部１１２は、複数の電源供給器１１２‐１〜１１２‐Ｎを含むことができる。第１〜第Ｎの電源供給器１１２‐１〜１１２‐Ｎは、第１〜第Ｎの高電圧ゲート駆動機１１１‐１〜１１１‐Ｎに単一電源Ｖｃｃをそれぞれ伝達して単一電源Ｖｃｃを用いても第１〜第Ｎの高電圧ゲート駆動機１１１‐１〜１１１‐Ｎに必要な電源を安定的に供給することができ、第１〜第Ｎの高電圧ゲート駆動機１１１‐１〜１１１‐Ｎそれぞれに独立した駆動電源を供給する回路に対比して回路構成が簡単になるため、製造コストをさらに低減することができる。

図３に示される本発明のインバーターの第３の実施形態３００の場合、第１及び第２の高電圧ゲート駆動機３１１‐１、３１１‐２に該当する第１及び第２の電源供給器３１２‐１、３１２‐２を含むことができ、図４及び図５に示される本発明のインバーターの第４、第５の実施形態４００、５００のように、第１及び第２の電源供給器３１２‐１、３１２‐２はそれぞれダイオードＤａ、Ｄｂを含むことができ、各ダイオードＤａ、Ｄｂは互いに直列連結され第１及び第２の高電圧ゲート駆動機４１１‐１、４１１‐２に並列連結されることもでき、互いに並列連結され第１及び第２の高電圧ゲート駆動機５１１‐１、５１１‐２に並列連結されることもできる。

一方、上述したように、インバーター部１３０は、少なくとも一つのインバーターアーム１３１を含み、出力される交流電源が単相の場合、一つのインバーターアーム１３１を含むことができる。図２に図示されているように、出力される交流電源が３相の場合、インバーター部２５０は、三つのインバーターアーム２５１、２５２、２５３を含むことができる。これにより、図２に示される本発明のインバーターの第２の実施形態２００は、三つのインバーターアーム２５１、２５２、２５３のハイサイドスイッチＨＭ１、ＨＭ２、ＨＭ３のスイッチングオン／オフを制御する第１、第２及び第３の高電圧ゲート駆動回路部２１０、２２０、２３０を含むことができる。ローサイドスイッチＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３のスイッチングオン／オフは低電圧ゲート駆動部２４０によって制御され、第１、第２及び第３の高電圧ゲート駆動回路部２１０、２２０、２３０の構成は図１に示される高電圧ゲート駆動回路部１１０と同様であるため詳細な説明を省略する。

図９は、本発明のインバーターの電気的特性を示す電圧波形を示す図である。

図９に示されているように、図３に示される本発明のインバーターの第３の実施形態３００を基準として入力電源ＶＤＣが１２００Ｖの場合、ハイサイドスイッチＨＭのスイッチングオン／オフに応じて印加される電源の電圧レベルが高電圧ゲート駆動機３１１‐１、３１１‐２にそれぞれ６００Ｖずつ均等に分圧されて、耐圧が６００Ｖの高電圧ゲート駆動機を入力電源が１２００Ｖのインバーターに採用することができることが分かる。

上述したように、本発明によれば、約１２００Ｖの入力電源をスイッチングする場合、これより低い耐圧特性を有する複数のゲート駆動回路を直列連結し、スイッチング時に複数のゲート駆動回路に印加される電圧を分圧して駆動回路が安定的に動作するようにすることにより、１２００Ｖの耐圧を有する高価のゲート駆動回路を代替して製造コストを低減することができ、単一駆動電源を複数の駆動回路に供給して回路構成が簡単になり製造コストをさらに低減することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１００〜８００インバーター
１１０、２１０、２２０、２３０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０高電圧ゲート駆動回路部
１２０、２４０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０低電圧ゲート駆動部
１３０、２５０、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０インバーター部
１３１インバーターアーム
２５１、２５２、２５３第１、第２及び第３のインバーターアーム

Claims

少なくとも二つのスイッチを有する少なくとも一つのインバーターアームを備え、制御により入力電源をスイッチングして交流電源を出力するインバーター部のスイッチング制御を指示する指示信号の入力端と前記インバーター部のスイッチングを制御する制御信号の出力端の間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動機を有する少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部を備え、
前記少なくとも二つのスイッチのうちハイサイド（ｈｉｇｈｓｉｄｅ）スイッチのスイッチング駆動を制御し、前記ハイサイドスイッチのスイッチング時に発生する電圧が前記複数の高電圧ゲート駆動機に分圧されて印加される高電圧ゲート駆動回路部を含み、
前記高電圧ゲート駆動回路部は、前記ハイサイドスイッチのスイッチング時に発生して前記複数の高電圧ゲート駆動機にそれぞれ印加される電圧を分圧する分圧部を有し、
前記分圧部は、前記複数の高電圧ゲート駆動機にそれぞれ並列に連結されて前記複数の高電圧ゲート駆動機にそれぞれ印加される電圧を均等に分圧する複数のバランサーを含む、
ゲート駆動回路。
前記複数のバランサーのうち少なくとも一つのバランサーは該当する高電圧ゲート駆動機に並列連結される少なくとも一つの抵抗からなる、請求項１に記載のゲート駆動回路。
前記複数のバランサーのうち少なくとも一つのバランサーは前記少なくとも一つの抵抗に並列連結される少なくとも一つのダイオードをさらに含む、請求項２に記載のゲート駆動回路。
前記少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部は単一駆動電源を供給される、請求項１から３の何れか１項に記載のゲート駆動回路。
前記少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部は前記単一駆動電源を前記複数の高電圧ゲート駆動機それぞれに伝達する複数の電源供給器を有する電源供給部をさらに含む、請求項４に記載のゲート駆動回路。
前記複数の電源供給器それぞれは互いに直列連結される少なくとも一つのダイオードからなる、請求項５に記載のゲート駆動回路。
前記複数の電源供給器それぞれは互いに並列連結される少なくとも一つのダイオードからなる、請求項５に記載のゲート駆動回路。
前記少なくとも二つのスイッチのうちローサイドスイッチのスイッチング駆動を制御する低電圧ゲート駆動部をさらに含む、請求項１から７の何れか１項に記載のゲート駆動回路。
前記インバーター部は互いに並列連結される三つのインバーターアームを含む、請求項１から８の何れか１項に記載のゲート駆動回路。
前記三つのインバーターアームの各ハイサイドスイッチを駆動する第１、第２及び第３の高電圧ゲート駆動回路部を含む、請求項９に記載のゲート駆動回路。
予め設定された電圧レベルを有する入力電源を提供する入力電源端と接地の間に直列連結された少なくとも一つのハイサイドスイッチ及び少なくとも一つのローサイドスイッチを有する少なくとも一つのインバーターアームを備え、制御により前記入力電源をスイッチングして交流電源を出力するインバーター部と、
前記インバーター部のスイッチング制御を指示する指示信号の入力端と前記インバーター部のスイッチングを制御する制御信号の出力端の間に直列連結された複数の高電圧ゲート駆動機を有する少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部を備えて前記少なくとも一つのハイサイド（ｈｉｇｈｓｉｄｅ）スイッチのスイッチング駆動を制御し、前記少なくとも一つのハイサイドスイッチのスイッチング時に発生する電圧が前記複数の高電圧ゲート駆動機に分圧されて印加される高電圧ゲート駆動回路部と、
を含み、
前記高電圧ゲート駆動回路部は、前記ハイサイドスイッチのスイッチング時に発生して前記複数の高電圧ゲート駆動機にそれぞれ印加される電圧を分圧する分圧部を有し、
前記分圧部は、前記複数の高電圧ゲート駆動機にそれぞれ並列に連結されて前記複数の高電圧ゲート駆動機にそれぞれ印加される電圧を均等に分圧する複数のバランサーを含む、
インバーター。
前記複数のバランサーのうち少なくとも一つのバランサーは該当する高電圧ゲート駆動機に並列連結される少なくとも一つの抵抗からなる、請求項１１に記載のインバーター。
前記複数のバランサーのうち少なくとも一つのバランサーは前記少なくとも一つの抵抗に並列連結される少なくとも一つのダイオードをさらに含む、請求項１２に記載のインバーター。
前記少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部は単一駆動電源を供給される、請求項１１から１３の何れか１項に記載のインバーター。
前記少なくとも一つの高電圧ゲート駆動部は前記単一駆動電源を前記複数の高電圧ゲート駆動機それぞれに伝達する複数の電源供給器を有する電源供給部をさらに含む、請求項１４に記載のインバーター。
前記複数の電源供給器それぞれは互いに直列連結される少なくとも一つのダイオードからなる、請求項１５に記載のインバーター。
前記複数の電源供給器それぞれは互いに並列連結される少なくとも一つのダイオードからなる、請求項１５に記載のインバーター。
前記少なくとも一つのローサイドスイッチのスイッチング駆動を制御する低電圧ゲート駆動部をさらに含む、請求項１１から１６の何れか１項に記載のインバーター。
前記インバーター部は互いに並列連結される三つのインバーターアームを含む、請求項１１から１８の何れか１項に記載のインバーター。
前記三つのインバーターアームの各ハイサイドスイッチを駆動する第１、第２及び第３の高電圧ゲート駆動回路部を含む、請求項１９に記載のインバーター。