KR0157138B1 - 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로 - Google Patents

전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로 Download PDF

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Abstract

전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트전압을 생성하는 제어 장치와, 게이트전압을 수신하여 게이트에 인가된 전압구동형 파워스위칭 장치에 흐르는 메인회로 전류로부터 나오는 자속의 영향을 보정하기 위하여 보정된 게이트 전압을 생성하도록 상기 제어장치에 접속되는 보정장치를 포함하는 것이 특징인 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로. 상기 보정된 게이트전압은 전압구동형 파워스위칭 게이트에 인가된다.

Description

전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로
제1도는 본 발명의 일 실시예에 의한 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로의 회로도.
제2도는 제1도에 보인 실시예의 작용을 설명하기 위한 파형도.
제3도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로의 회로도.
제4도는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로의 회로도.
제5도는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로의 회로도.
제6도는 종래의 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로의 회로도.
제7도는 제6도에 보인 종래의 게이트구동회로의 작용을 설명하는 파형도.
본 발명은 전압구동형 파워스위칭 장치의 스위칭 온/오프를 제어하는 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트 구동회로에 관한 것이다.
전압구동형 파워스위칭 장치로서, 절연게이트 전계효과 트랜지스터(이후 IGBT라함) 또는 전계효과 트랜지스터가 사용된다. 이 장치들은 각각 큰입력임피던스를 갖고있어 그의 게이트에 게이트전압을 인가함으로써 그의 온/오프 스위칭을 제어할 수 있다.
종래의 IGBT용 게이트구동회로가 제6도에 도시되어 있다. 여기서는 IGBT(1)의 온/오프 스위칭을 제어하기 위해 제어장치(2)로부터 출력되는 게이트전압(Vg)을 2심연선(twisted pair wire)등과 같은 신호선(3)에 의해 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 공급한다. 이 경우에 IGBT(1)의 콜렉터 또는 에미터에 접속된 도체에 흐르는 메인회로 전류로 인한 자속의 효과가 가능한한 작아지도록 배선을 만든다.
그러나 실제에 있어서 상대적인 물리적 위치로 인해 메인회로 전류에 기인된 자속의 효과를 완전하게 제거하는 것이 불가능하다. 그러므로, 이 자속으로 인해 유기되는 전압이 신호선(3)에서 발생하여 IGBT(1)의 게이트와 에미터간의 전압(Vge)에 나쁜 영향을 주는 경우가 있다.
예를들어 유기된 전압(Vx)은 IGBT(1)의 에미터전류(Ie)의 변동으로 인한 자속(ψ)의 변동에 의해 신호선(3)의 일부에서 발생한다. 이 유기된 전압(Vx)의 극성이 제7도에 보인바와 같은 방향에 있을 경우 에미터전류(Ie)가 증가 또는 감소하는 방향으로 변동할 때 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 인가된 전압(Vge)이 상승 또는 하강한다. 이 경우에 다음과 같은 문제점들이 발생한다.
구체적으로 IGBT(1)의 콜렉터와 에미터에 흐르는 메인회로 전류가 증가방향으로 변할 때 IGBT(1)의 게이트와 에미터간의 전압(Vge)이 상승하면 IGBT(1)의 콜렉터와 에미터간의 전압(Vce)이 강하하게 되므로 정궤환 작용이 생성되어 메인회로 전류가 더 증가한다. 그러므로 부하의 단락으로 인해 IGBT(1)의 메인회로 전류가 급격히 증가하면 예를들어 게이트와 에미터간의 전압(Vge)이 상승하면 메인회로 전류가 더욱 상승하므로 결국 IGBT(1)를 과전류로부터 보호할수없어 손상될 수 있다.
더욱이 IGBT(1)에 흐르는 메인회로 전류가 감소방향으로 변경할 때 게이트와 에미터간 전압(Vge)이 강하하면 콜렉터와 에미터간 전압(Vce)이 상승하게 되어 정궤환 작용이 생성되어 메인회로 전류가 더 강하한다. 그러므로 제어장치(2)로부터 출력된 게이트전압(Vg)이 규정된 감소율로 감소되어 IGBT(1)의 메인회로 전류가 0으로 감소할 때 메인회로 전류가 정궤한 작용으로 인해 더 급격히 하강하여 IGBT(1)의 콜렉터와 에미터간에 과잉전압이 메인회로에 존재하는 부동인덕턴스(도시안됨)로 인한 백(back) e.m.f 에 의해 생성되어 IGBT(1)를 손상시킬 위험이 있다. 더욱이 IGBT(1)가 상술한 바와같이 과전류 또는 과전압에 의해 손상되지 않더라도 전술한 바와같은 정궤한 작용으로 인해 IGBT(1)의 메인회로 전류에 고주파수발진이 생겨 IGBT(1)의 수명에 나쁜 영향을 줄 위험이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 전압구동형 파워스위칭 장치의 안정한 스위칭 제어를 행할 수 있는 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 게이트에 인가된 전압구동형 파워스위칭 장치에 흐르는 메인회로 전류로 인한 자속의 나쁜 영향을 줄일 수 있는 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트 구동회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 게이트에 인가된 전압구동형 파워스위칭 장치에 흐르는 메인회로 전류로 인한 자속에의한 정궤환 작용의 나쁜 영향을 방지할 수 있는 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 상술한 목적 및 기타 목적은 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트전압을 생성하는 제어 장치와, 게이트전압을 수신하여 게이트에 인가된 전압구동형 파워스위칭 장치에 흐르는 메인회로 전류로부터 나오는 자속의 영향을 보정하기 위하여 보정된 게이트전압을 생성하도록 상기 제어장치에 접속되는 보정장치를 포함하는 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로를 제공함으로서 성취될 수 있다.
이하 본 발명을 더욱 명확히 이해하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 도면들에서 동일부분은 동일번호로 나타낸다.
제1도에는 본 발명의 일실시예가 도시되어 있다. 여기서 IGBT(1), 제어장치(2), 및 신호선(3)은 제6도에 보인 종래의것과 동일하다. IGBT(1)의 콜렉터에 접속된 도체에 능동적으로 전자결합된 결합선(4)이 새로이 설비된다. 본 실시예는 제어장치로부터 출력된 게이트전압(Vg)이 이 결합선(4)을 통해 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 공급되도록 구성된다.
전술한 구성에서 게이트전압(Vg)이 게이트전압 제어장치(2)로부터 출력되고 IGBT(1)의 콜렉터에 전류(Ic)가 흐를 때 이 전류(Ic)의 변동율 (dIC/dt)에 상응하는 유기전압(Vy)이 결합선(4)내에 생성된다. 이 유기전압(Vy)은 게이트전압(Vg)에 가산되어 전류(Ic)가 증가 또는 감소 방향으로 변동할 때 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 공급되는 전압(Vge)이 제2도에 보인 바와같이 상승 또는 하강하도록 작용한다. 그에 의해 신호선(3)에서 유기되는 전압(Vx)의 정궤환 작용이 수행되고 또한 부궤환 작용을 적용하는 것도 가능하다.
또한 결합선(4)은 IGBT(1)에 인접 설치된 인쇄회로기판상에 구비하여 전자결합의 결합계수를 조정할 수 있도록 실시할 수 있다.
따라서 전자결합의 결합계수를 조정하여 정궤환 작용을 감소시키거나, 제거 또는 부궤환 작용을 적용하는 것이 가능하다.
제3도는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어있다. 이 도면은 IGBT(1)의 에미터에 접속된 도체에 능동적으로 전자결합되는 결합선(4)이 구비된 경우를 나타낸다. IGBT(1)의 에미터전류(Ie)는 콜렉터전류(Ic)와 사실상 동일하므로 상술한 실시예와 동일한 동작과 효과를 얻을 수 있다.
제4도에는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어있다. 이 실시예에서는 리액터와 같은 임피던스 소자(5)가 IGBT(1)의 에미터측에 직렬로 접속된다. 이 실시예의 구성은 제어장치(2)로부터 출력된 게이트전압(Vg)이 IGBT(1)의 게이트와 임피던스 소자(5)의 일 단자(비에미터측)간의 신호선(3)을 통해 공급된다.
전술한 구성에서 게이트전압(Vg)이 출력되고 에미터전류(Ie)가 IGBT(1)에 흐르면 에미터전류(Ie)로부터 결과된 전압강하(Vy)가 임피던스 소자(5)에 생긴다. 이 전압(Vy)은 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 인가된 전압(Vge)을 강하시키는 방향으로 작용하여 결국 부궤환으로서 작용한다. 또한 임피던스 소자(5)로서 인덕턴스 소자를 사용하면 인덕턴스 소자에 에미터전류(Ie)의 전류변동율(dic/dt)에 상응하는 전압강하(Vy)가 생기므로 전술한 실시예와 동일한 작용을 성취할 수 있다.
제5도에는 본 발명의 또다른 실시예가 도시되어있다. 이 실시예의 구성은 트랜스포머(6)의 1차권이 IGBT(1)의 에미터측에 직렬로 접속되고 IGBT(1)의 게이트와 에미터간에 제어장치(2)로부터 출력된 게이트전압을 신호선(3)에 의해 공급할시에 트랜스포머(6)의 2차권선이 이 신호선(3)의 중간에 삽입되는 식으로 되어있다.
전술한 구성에서는 IGBT(1)에 에미터전류(Ie)가 흐르면 에미터전류(Ie)의 전류변동율(dic/dt)에 상응하는 유기전압(Vy)이 트랜스포머(6)의 2차권선에 생긴다. 전술한 실시예와 동일한 작용을 달성할 수 있다.
이들 실시예에 의하면 전술한 정궤환 작용을 취소하고 부궤환 작용을 적용하는 것이 가능하다. 예를들어 부하등의 단락으로 인해 IGBT(1)내의 메인회로 전류가 급격히 증가하면 게이트와 에미터간의 전압(Vge)이 상승하고 또한 메인회로 전류가 더 상승하는 것을 방지함으로서 IGBT(1)가 과전압에 의해 손상되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 또한 게이트전압(Vg)이 규정된 감소율로 감소되고 IGBT(1)의 메인회로 전류가 0으로 강하될 때 IGBT(1)의 콜렉터와 에미터간에 과잉전압이 생기는 것을 방지할 수 있다.
더욱이 IGBT(1)의 메인회로 전류내의 고주파수 발진의 생성도 방지될 수 있어 IGBT(1)의 동작 신뢰성이 향상 될 수 있다.
본 발명에 의하면 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로를 제공함으로서 게이트구동회로전압구동형 파워스위칭 장치의 게이트와 에미터간의 전압이 콜렉터전류 또는 에미터전류로 인한 자속에 의해 악영향을 받는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 안정된 스위칭 제어를 행할 수 있다.
지금까지 몇가지 실시예를 설명했지만 본 발명은 이들 실시예에만 한정 되지 않고 본 발명의 정신과 청구범위에서 벗어나지 않는 범위내에서 여러다른 실시예로 수정 변경 할수 있다.

Claims (9)

  1. 전압구동형 파워스위칭 장치의 게이트전압에 인가되는 게이트전압을 생성하는 제어 장치와, 상기 게이트전압을 수신하여 상기 전압구동형 파워스위칭 장치에 흐르는 메인회로 전류로부터 나오는 자속에 의해 상기 게이트 전압에 유도적으로 가해지는 영향을 보정하기 위하여 상기 전압구동형 파워 스위칭장치에 인가되는 보정전압을 생성하도록 상기 제어장치에 접속되는 보정장치를 포함하는 것이 특징인 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보정수단은 상기 메인회로 전류가 증가방향으로 변화할 때 상기 게이트전압이 강하하고 상기 메인회로 전류가 감소방향으로 변화할 때 상기 게이트전압이 상승하도록 상기 게이트전압을 보정하여 상기 보정된 게이트전압을 생성하는 것이 특징인 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보정수단은 상기 게이트전압에 대한 상기 자속의 영향을 보정하는 인수를 조정하므로서 상기 보정된 게이트전압을 생성하는 것이 특징인 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보정수단은 상기 전압구동형 파워스위칭 장치의 콜렉터와 에미터중 하나에 접속된 도체에 전자결합된 결합선을 포함하며 상기 게이트전압은 상기 보정된 게이트전압으로서 상기 결합선을 통해 전압구동형 파워스위칭장치의 상기 게이트에 인가되는 것이 특징인 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보정수단은 상기 도체를 통해 흐르는 상기 메인회로 전류가 증가방향으로 변화할 때 상기 게이트전압이 상기 결합선에 유기된 전압에 의해 강하하고 상기 도체를 통해 흐르는 메인회로 전류가 감소방향으로 변화할 때 상기 게이트전압이 상기 결합선에 의해 유기된 전압에 의해 상승하도록 상기 게이트전압을 보정하여 상기 보정된 게이트전압을 생성하는 것이 특징인 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로.
  6. 제4항에 있어서, 상기 보정수단은 상기 도체와 상기 결합선간의 상기 전자결합의 결합계수를 조정함에 의해 상기 보정된 게이트전압을 생성하는 것이 특징인 전압구동형 장치용 게이트구동회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보정수단은 전압구동형 파워스위칭 장치의 에미터측에 직렬로 접속된 임피던스 소자를 포함하며 상기 게이트전압은 상기 에미터가 접속되지않은 상기 임피던스 소자의 일단자와 상기 게이트간에 인가되며 그에의해 상기 보정된 게이트전압이 전압구동형 파워스위칭 장치의 게이트와 에미터간에 인가되는 것이 특징인 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 보정수단에서 상기 임피던스 소자는 인덕턴스 소자인 것이 특징인 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로.
  9. 제1항에 있어서, 상기 보정수단은 상기 전압구동형 파워스위칭 장치의 게이트와 상기 제어장치간에 접속된 2차권선과 에미터에 직렬로 접속된 1차권선을 갖는 트랜스포머를 포함하며 상기 게이트전압이 상기 트랜스포머의 2차권선을 통해 상기 에미터와 게이트간에 인가되며 그에 의해 상기 보정된 게이트전압이 전압구동형 파워스위칭 장치의 상기 게이트와 에미터간에 인가되는 것이 특징인 전압구동형 파워스위칭 장치용 게이트구동회로.
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