KR100225768B1 - 파워 소자 구동 회로(Power Element Driving Cirluit) - Google Patents

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마찌다 가쯔히꼬
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Abstract

파워 소자 구동 회로는 IGBT(파워 소자)의 이상에 이상이 발생하거나, IGBT의 부하가 단락하는 이상이 발생하거나 한 경우, 이상 검출 회로에 의해 IGBT의 콜렉터 전압으로부터 그 이상을 검출하고, 게이트 전압 제어 회로를 제어하여 IGBT의 게이트 전압을 점차 저하시킨다. 그러므로, IGBT가 부하로부터의 복귀 전류에 의해 단락 전류를 증가시키는 자신의 동작때문에 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 또, IGBT의 이상의 검출은 일단 IGBT를 상승시킨 후에 행해지기 때문에, IGBT의 상승 시간을 단축할 수 있다. 이 결과, 상승 시간이 길어짐으로써 열적 파괴나 전력 손실을 회피할 수 있다.

Description

파워 소자 구동 회로
제1도는 본 발명의 일 실시예에 관한 파워 소자 구동 회로의 주요부의 구성을 도시하는 회로도.
제2도는 제1도의 파워 소자 구동 회로에서 이상 검출시 게이트 전압 제어 회로의 구성을 도시하는 회로도.
제3도는 제1도의 파워 소자 구동 회로의 각부의 신호 파형을 도시하는 파형도.
제4도는 제1파워 소자 구동 회로에서 보호 동작을 유지하는 보호 동작 유지 회로의 구성을 도시하는 회로도.
제5도는 제1파워 소자 구동 회로에서 이상 검출 회로의 구성을 도시하는 회로도.
제6도는 파워 소자 구동 회로가 조립된 광 결합 소자의 구성을 도시하는 회로도.
제7도는 제1도의 파워 소자 구동 회로에 의해 IGBT에 제공되는 게이트 전압의 정상시 및 이상시에서의 파형을 도시하는 도면.
제8도는 종래의 파워 소자 구동 회로에 의해 IGBT에 제공되는 게이트 전압의 정상시 및 이상시에서의 파형을 도시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 신호 입력부 2 : 게이트 전압 제어 회로
3 : NPN 트랜지스터 4 : PNP 트랜지스터
5, 10 : 저항 6 : IGBT
7, 8 : 고내압 다이오드 9 : 이상 검출 회로
11 : 콘덴서
본 발명은 교류 모터의 가변 속도 제어 등에 사용되는 인버터용 파워 소자를 구동하는 파워 소자 구동 회로에 관한 것이다.
인버터는 교류 모터의 가변 속도 제어용으로 널리 사용되고 있다. 주로, 전압형의 V/F(Variable/Frequency) 제어가 이용되고 있다. 이 가변 속도 제어는 교류 모터 등의 부하를 인버터에 의해 규칙적으로 스위칭시킴으로써 행해지고 있었다.
인버터용 파워 소자로서는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, 파워 트랜지스터 등이 사용되고 있다. 이들 중, IGBT 및 MOSFET는 전압 구동형 소자로, 게이트의 입력 임피던스가 대단히 높게 되어 있다.
예를 들면, IGBT를 사용하는 경우, 그 전류·전압 특성에 의해 부하 단락시에 대전류가 흐른다. 또, IGBT는 그 칩 면적이 파워 트랜지스터나 MOSFET에 비해 적기 때문에, 열 용량이 적어 쉽게 파괴된다. 따라서, IGBT를 파괴로부터 보호하기 위해서는 부하 단락시 가능한 한 조기에 이상을 검출하여 게이트 전압을 저하시킬 필요가 있다.
종래에는 IGBT를 보호하기 위해, 예를 들면 다음과 같이 IGBT를 2단계로 상승시키는 방법이 취해지고 있었다. 이 방법에서는 제8도에 도시하는 바와 같이 IGBT를 동작(온)시키는 경우에, 먼저 게이트 전압 VG가 낮은 상태에서 IGBT를 상승함으로써, 단락 전류를 제한해 두고, 그 상태에서 이상이 없다고 판단되는 경우에는 실선으로 표시하는 바와 같이 게이트 전압 VG를 통상 레벨로까지 상승시킨다. 역으로, 부하 단락시 등 이상이 발생했다고 판단되는 경우에는 파선으로 표시하는 바와 같이 게이트 전압 VG를 통상 레벨까지 상승시키지 않고 IGBT가 오프하도록 게이트 전압 VG를 떨어뜨린다.
그런데, 통상 IGBT의 게이트 전압을 스위칭시키기 위한 시간은 0.1μs이하지만, 상기 방법에 의해 IGBT를 보호하는 경우, 이상을 검출하기 위한 시간을 고려하면, 적어도 약5∼10μs 정도 필요하다. 그러나, 이 시간은 IGBT의 이상 유무에 관계 없이 필요하게 된다.
이와 같이, 스위칭 시간이 길게 되면, 전술한 바와 같이 열 용량이 적은 것에 의한 IGBT의 파괴나 전력 손실의 증대를 초래한다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 보호 기능을 손상시키지 않고, 또한 파워 소자의 제어 전극(게이트)에 제공되는 전압의 상승 시간이 짧게 설정된 파워 소자 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 파워 소자 구동 회로는 상기 목적을 달성하기 위해 파워 소자를 구동하는 구동 수단과, 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단과, 상기 파워 소자 및 상기 파워 소자에 접속되는 부하의 이상을 검출하는 이상 검출 수단과, 상기 이상 검출 수단에 의해 상기 파워 소자 또는 상기 부하의 이상이 검출되면, 상기 파워 소자의 구동 전압을 점차 저하시키도록 상기 제어 수단을 제어하는 전압 저하 제어수단을 포함하고 있다.
상기 파워 소자 구동 회로에서는 부하 단락이 발생하거나, 파워 소자에 이상이 발생하거나 하는 경우에는 그 이상이 이상 검출 수단에 의해 검출된다. 그러면, 제어 수단은 전압 저하 제어 수단에 의한 제어에 기초하여, 파워 소자의 구동 전압을 저하시키도록 구동 수단을 제어한다. 이 때의 구동 전압은 전압 저하 제어 수단의 제어에 의해 점차 저하한다.
파워 소자가 IGBT인 경우, IGBT는 게이트 전압이 급격하게 저하하면, 부하로부터의 복귀 전류에 의해 단략 전류를 증가시키는 동작을 행하기 때문에 파괴에 이를 우려가 있다. 따라서, 상기와 같이 구동 전압을 점차 저하시킴으로써, 파워 소자를 파괴로부터 보호하는 것이 가능하게 된다.
또, 이상 검출 회로에 의한 이상의 검출이 일단 파워 소자가 상승된 후에, 행해지기 때문에, 종래와 같은 2단계로 상승하는 방법에 비해 상승 시간의 단축을 도모할 수 있다. 이 결과, 파워 소자의 열 용량이 적은 것에 기인하여 발생하는 파괴나, 전력 손실의 증대를 회피할 수 있다.
상기 파워 소자 구동 회로는 바람직하게는 상기 전압 저하 제어 수단에 의한 구동 전압의 저하 과정에 상기 파워 소자를 OFF시키는 신호가 외부로부터 입력될 때 구동 전압의 저하 동작을 유지시키는 유지 수단을 더 포함하고 있다.
이것에 의해, 파워 소자를 OFF시키는 신호가 입력되어도(파워 소자를 ON 시키는 신호가 차단된 경우도 포함됨), 유지 수단에 의해 구동 전압의 저하 동작이 유지되기 때문에, 파워 소자의 구동 전압이 급격하게 저하하지 않는다. 따라서, 파워 소자를 구동 전압의 급격한 저하에 의한 파괴로부터 보호하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 우수한 점은 이하에 도시하는 기재에 의해 충분히 알 수 있을 것이다. 또, 본 발명의 이점은 첨부 도면을 참조한 다음의 설명으로 명백하게 될 것이다.
본 발명의 한 실시예에 대해 제1도 내지 제7도에 기초하여 설명하면, 다음과 같다.
제1도에 도시하는 바와 같이 본 실시예에 관한 파워 소자 구동 회로에 있어서, 신호 입력부(1)은 게이트 전압 제어 회로(2)에 접속되어 있다. 이 게이트 전압 제어 회로(2)는 NPN 트랜지스터(3)와 PNP 트랜지스터(4)가 직렬로 상보적으로 접속된 구동 회로의 베이스 공통 접속부에 접속되어 있다. 그리고, NPN 트랜지스터(3) 및 PNP 트랜지스터(4)에 에미터 공통 접속부는 저항(5)를 통해 파워 소자로서의 IGBT(6)의 게이트에 접속되어 있다.
IGBT(6)의 콜렉터·에미터 사이에는 고내압 다이오드(7)이 접속되어 있다. IGBT(6)의 콜렉터는 고내압 다이오드(8)을 통해 이상 검출 회로(9)에 접속되어 있다. 또, IGBT(6)의 콜렉터는 고내압 다이오드(8)의 애노드와 전압(전압 VCC)과의 사이에 저항(10)이 설치되고, 애노드와 그라운드와의 사이에 콘덴서(11)이 설치되어 있다.
전원과 그라운드와의 사이에는 제너 다이오드(12) 및 정전류 회로(13)이 직렬로 접속되어 있고, 이들 접속점에 이상 검출 회로(9)의 입력이 접속되어 있다. 이상 검출 회로(9)의 출력은 3개소에 접속되어 있다. 그중 하나는 유지 회로(14)를 통해 게이트 전압 제어 회로(2)에 접속되어 있다. 다른 하나는 이상 신호 출력 회로(15)를 통해 신호 입력부(1)에 접속되어 있다. 또 다른 하나는 이상 검출시 게이트 전압 제어 회로(이후, 간단히 게이트 전압 제어 회로라 칭함 : 16)을 통해 게이트 전압 제어 회로(2)에 접속되어 있다.
유지 회로(14)는 이상이 검출되어 개시한 보호 동작이 개시 직후에 이상이 제거되는 것으로, 돌연 정지하는 것을 방지하는 목적으로 설치되어 있는 회로이다. 즉, 유지 회로(14)는 일단 개시한 보호 동작을 완료할 때까지 유지하도록 되어 있다. 이상 신호 출력 회로(15)는 이상 검출 회로(9)에 의해 이상이 검출된 것을 신호 입력부(1)을 통해 외부로 피드백하도록 되어 있다.
제1도에서 파선으로 둘러싸여진 상기 고내압 다이오드(8), 이상 검출 회로(9), 저항(10), 콘덴서(11), 제너 다이오드(12) 및 정전류 회로(13)로 이루어지는 검출부(17)는 콜렉터 전압을 검출하는 검출 기능과 검출 레벨 설정 기능을 갖고 있다.
상기와 같이 구성된 파워 소자 구동 회로의 동작에 대해 이하에 설명한다.
먼저, IGBT(6)의 콜렉터 전압에 기초한 이상 검출에 대해 설명한다.
전술한 바와 같이, IGBT(6)의 콜렉터는 고내압 다이오드(8)을 통해 이상 검출 회로(9)에 접속되어 있다. 이상 검출 회로(9)는 비교기 회로로 되어 있고, IGBT(6)의 콜렉터 전압과, 검출 레벨[VCC-VZD: VZD는 제너 다이오드(12)의 제너 전압]과의 조건에 의해 출력이 변화한다.
또, 이상 검출 레벨은 IGBT(6)의 에미터 전위에 의해 설정되고, 바꾸어 말하면 IGBT(6)의 역 바이어스 전압의 대소에 관계없이, VCC값을 기준으로 하여 설정되어 있다. 또, 기준을 얻는 방법으로서는 그라운드를 기준으로 한 설정이나 외부로부터 독립하여 전위가 제공되는 방법이어도 좋다.
다음에, IGBT(6)의 이상의 유무에 따른 동작에 대해 각각 설명한다.
먼저, IGBT(6)을 동작시킬 때에는 ON 제어 신호가 신호 입력부(1)에 입력되면, 제7도에 도시하는 바와 같이 게이트 전압 VG가 순간적으로 상승하여 기능하ㄹ고 표시하는 HIGH의 상태로 된다. 이 때, 도시하지 않은 부하 [IGBT(6)의 부하를 의미하고 있다] 및 IGBT(6)에 이상이 없는 경우는 IGBT(6)의 콜렉터 전압은 약 2∼5V까지 저하한다. 따라서, 콜렉터 전압을 검출하고 있는 고내압 다이오드(8)를 통해 이상 검출 회로(9)에는 LOW 레벨이 입력된다. 이상 검출 회로(9)에 LOW 레벨이 입력되면, 유지 회로(14), 이상 신호 출력 회로(15), 및 게이트 전압 제어 회로(16)은 동작하지 않는다.
또, 부하 및 IGBT(6)에 이상이 없고, 입력 신호도 입력되어 있지 않은 경우에는 IGBT(6)을 보호할 필요가 없기 때문에, 유지 회로(14), 이상 신호 출력 회로(15) 및 게이트 전압 제어 회로(16)는 신호 입력부(1)의 입력 신호에 기초하여 동작하지 않도록 되어 있다.
부하 및 IGBT(6)에 이상이 있고, ON 제어 신호가 입력되어 있는 경우에는 IGBT(6)의 콜렉터 전압이 HIGH 레벨로 되면, 이상 검출 회로(9)에 HIGH 레벨이 입력된다. 이것에 의해, 유지회로(14), 이상 신호 출력 회로(15) 및 게이트 전압 제어 회로(16)이 동작하고, 제7도에 파선으로 표시하는 바와 같이 IGBT(6)의 게이트 전압이 서서히 저하한다. 이것에 의해, IGBT(6)이 부하로부터의 복귀 전류에 의해 단락 전류를 증가시킨다는 자신의 동작으로 인해 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
이 게이트 전압의 저하에 대해 제2도를 참조하여 더 상세히 설명한다. 또, 제2도에서는 게이트 전압 제어 회로(16)와 관련이 있는 구성 요소만을 도시하고 있다.
제2도에 도시하는 바와 같이, 전압 저하 제어 수단으로서의 게이트 전압 제어 회로(16)은 파선으로 둘러싸여진 정전류 회로(160·161), 정전류 스위칭 회로(162) 및 NOT 게이트(163)으로 구성되어 있다. 정전류 회로(160·161)의 ON·OFF 제어를 행하는 정전류 스위칭 회로(162)는 상기 이상 검출 회로(9)를 포함하고 있다. 또, 정전류 스위칭 회로(162)에는 제1도에서의 D점으로부터 콜렉터 전압이 입력되도록 되어 있다.
또, 제2도에서 신호 입력부(1 : 제1도 참조)에 상당하는 인터페이스(18)은 NPN 트랜지스터(20)의 베이스에 접속되어 있다. 또, 저항(23)은 NPN 트랜지스터(21)의 콜렉터에 접속되고, 저항(24)는 NPN 트랜지스터(22)의 베이스·에미터 사이에 접속되어 있다. 또, 다이오드(25)는 NPN 트랜지스터(21)의 에미터에 접속되어 있다. 그리고, 상기 게이트 전압 제어 회로(2)는 상기 NPN 트랜지스터(20∼22), 저항(23·24) 및 다이오드(25)로 구성되어 있다.
IGBT(6) 및 부하가 이상인지 여부의 판정은 고내압 다이오드(8)를 통해 검출된 IGBT(6)의 콜렉터 전압에 기초하여 상기 이상 검출 회로(9)에 의해 행해진다. 이상이 검출된 경우는 정전류 스위칭 회로(162)에 의해 이하와 같은 동작이 행해진다.
NPN 트랜지스터(20)가 ON이고, NPN 트랜지스터(21)가 OFF이며, NPN 트랜지스터(22)가 ON이면, PNP 트랜지스터(4)가 ON이고, 급속하게 게이트 전압이 저하해 버린다. 이것에 대해, 본 실시예에서는 NPN 트랜지스터(20)가 OFF하고 있는 상태에서 정전류 회로(160)가 OFF하고, 정전류 회로(161)가 ON함으로써, PNP 트랜지스터(4)의 베이스 전류가 인입되어 게이트 전압이 서서히 저하한다.
그런데, 상기 게이트 전압이 저하하는 속도는 정전류 회로(161)의 전류값을 임의로 설정함으로써 변화시킬 수 있다. 또, 정전류 회로(161) 대신에, 저항을 사용해도 좋다. 이 경우는 저항값을 변화시킴으로써, 게이트 전압이 저하하는 속도를 변화시킬 수 있다.
또, 제2도에서는 NPN 트랜지스터(3) 및 PNP 트랜지스터(4)의 에미터 끼리의 접속점(B점)과 양 트랜지스터(3·4)의 베이스 끼리의 접속점 사이에 저항(19)이 설치되어 있다. 이 저항(19)은 PNP 트랜지스터(4)를 스위칭시키지 않도록 기능하고 있다.
제3도에, 제1도의 파워 소자 구동 회로의 각부의 신호 파형을 도시한다.
정상시는 제3도에서 실선으로 표시하는 바와 같이 신호 입력부(1)로부터 신호가 입력되면, A점과 LOW 레벨에서 HIGH 레벨로 변화하여, 게이트 전압 제어 회로(2)가 NPN 트랜지스터(3)를 ON시켜 B점이 HIGH 레벨로 된다. 그러면, IGBT(6)가 ON하여 콜렉터 전류 IC가 흐름으로써, C점이 HIGH 레벨로 된다. 이 때는 이상 검출 회로(9)에 의해 이상이 검출되지 않기 때문에, D점은 LOW 레벨 그대로이고, E점[이상 신호 출력 회로(15)의 출력]은 HIGH 레벨 그대로이다.
부하 단락이나 IGBT(6)의 이상이 발생한 경우에는 제3도에서 파선으로 표시하는 바와 같이 IGBT(6)의 콜렉터 전류 IC가 증대하여 C점의 콜렉터 전압ㅇ이 상승함으로써, D점이 HIGH 레벨로 변하고, 이상 검출 회로(9)가 동작하여 IGBT(6)의 보호 기능이 작동한다. 이 때문에ㅐ, B점이 LOW 레벨로 되고, E점도 LOW 레벨로 된다.
그런데, 제1도 및 제2도의 회로에 있어서, IGBT(6)에 이상이 발생하여 게이트 전압이 서서히 저하하는 도중에, 예를 들면 입력 광이 차단되는 등에 의해 외부로부터 게이트 전압을 OFF시키는 신호가 입력되면, 급격하게 게이트 전압이 OFF될 수 있다. 이 경우, 전술한 바와 같이, IGBT(6)이 부하로부터의 복귀 전류에 의해 단락 전류가 증대함으로써 파괴된다는 문제가 발생한다.
그래서, 제4도에 도시하는 구성의 회로를 채용함으로써, 상기와 같은 문제를 해소할 수 있다. 이 회로는 파선으로 둘러싸여진 OR 회로(31), 지연 회로(32), NOT 회로(33) 및 AND 회로(34)로 이루어지는 보호 동작 유지 회로(30)이다. 또, 제4도에 있어서도 보호 동작 유지 회로(30)와 관련이 있는 구성 요소만을 도시하고 있다.
유지 수단으로서의 보호 동작 유지 회로(30)에서는 이상 검출 회로(9)로부터의 신호가 직접 및 지연 회로(32)를 통해 OR 회로(31)에 입력된다. OR 회로(31)의 출력은 NOT 회로(33)을 통해 AND 회로(34)의 한 쪽의 입력 단자에 입력된다. 또, 입력 신호가 AND 회로(34)의 다른 쪽의 입력 단자에 입력된다.
상기와 같이 구성되는 보호 동작 유지 회로(30)에 있어서, 제1도의 이상 검출회로(9)로부터 신호가 출력되면, 지연 회로(32)에서의 지연 시간 동안, AND 회로(34)로의 NOT 회로(33)로부터의 입력이 없기 때문에, 입력 신호가 인터페이스(18)에 전달되지 않는다. 이것에 의해, 입력 신호의 유무에 관계 없이 출력이 유지된다.
이상 검출 회로(9)는 제5도에 도시하는 바와 같이 에미터가 공통 접속된 PNP 트랜지스터(40·41)과, 그 에미터와 전원 사이에 접속된 정전류 회로(42)가 설치되어 있다. 또, PNP 트랜지스터(40·41)의 콜렉터는 베이스가 공통의 NPN 트랜지스터(43·44)의 콜렉터의 각각에 접속되어 있다. 또, NPN 트랜지스터(43)의 베이스와 에미터가 단락되어 있다. PNP 트랜지스터(40)의 베이스는 PNP 트랜지스터(45)의 에미터는 접속되어 있다. 또, PNP 트랜지스터(45)의 베이스와 전원 사이에 제너 다이오드(12)가 접속되고 상기 베이스로부터 분기하여 정전류 회로(13)가 설치되어 있다.
한편, PNP 트랜지스터(41)의 베이스는 PNP 트랜지스터(48)의 에미터에 접속되고, PNP 트랜지스터(48)의 베이스와 에미터 사이에 다이오드(49)가 접속되어 있다. 또, PNP 트랜지스터(48)의 베이스는 이상 검출 전압이 입력되는 입력 단자로 되어 있다.
상기와 같이 구성되는 회로에서는 제너 다이오드(12)와 정전류 회로(13)에 의해 비교기에 제공되는 기준 전압의 설정이 행해진다. 그 기준 전압은 전원 전압으로부터 제너 다이오드(12)의 제너 전압을 감소한 값에 의해 설정된다.
상기의 입력 단자가 LOW 레벨에서 HIGH 레벨로 변화하는 경우, Q점의 전압이 Vin-VF[Vin은 입력 단자로의 입력 전압이고, VF는 다이오드(49)의 순방향 전압]로 된다. 역으로, 입력 단자가 HIGH 레벨에서 LOW 레벨로 변화하는 경우, Q점의 전압이 Vin+VBE[VBE는 PNP 트랜지스터(48)의 베이스·에미터간 전압)가 된다.
따라서, 입력 단자에 보면, Vin+VBE=0.7(V)+0.7(V)=14(V)로 되고, 1.4(V)의 히스테리시스가 얻어지게 된다.
다시 말하면, 일반적인 상기 비교기에서 PNP 트랜지스터(48)의 에미터·베이스 사이에 다이오드(49)를 접속하는 것만으로, 입력에 대해 간단하게 히스테리시스를 얻을 수 있다.
계속해서, 전술한 파워 소자 구동 회로가 광 결합 소자에 조립된 구성에 대해 설명한다.
제6도에 도시하는 바와 같이, 이 광 결합 소자는 일차 측에 발광 다이오드(100)의 애노드 단자와 캐소드 단자를 갖고 있고, 이차 측에 전원 단자 VCC및 접지단자 GND와, NPN 트랜지스터(3)의 콜렉터에 접속된 입력 단자 O1, IGBT(6)의 베이스에 접속된 출력 단자 O2및 이상 검출 입력 단자 OE를 갖고 있다.
또, 광 결합 소자에는, 발광 다이오드(100)에 근접하여 발광 다이오드(100)의 광을 수광하는 포토다이오드(101)와, 포토다이오드(101)의 출력을 증폭하는 앰프(102)가 설치되어 있다. 앰프(102) 및 전술한 신호 입력부(1: 제1도 참조)의 일부에 상당하는 입력 회로(111)에는 정전류 회로(103)에서 발생한 정전압이 인가되도록 되어 있다. 그리고, 입력 회로(111)의 출력은 논리 소자(104·105)를 통해 각각 NPN 트랜지스터(3)과 PNP 트랜지스터(4)에 제공되도록 되어 있다.
논리 소자(104)의 출력 단자와 NPN 트랜지스터(3)의 베이스와의 접속점에는 보호 회로(106)가 접속되어 있다. 이 보호 회로(106)는 전술한 게이트 전압 제어 회로(2), 검출부(17) [고내압 다이오드(8) 및 콘덴서(11)을 제거함], 유지 회로(14), 에러 검출 회로(15) 및 게이트 전압 제어 회로(16 : 제1도 참조) 등을 포함하는 회로로, IGBT(6)을 보호하도록 되어 있다. 또, 보호 회로(106)의 출력 단자와 접지 단자 GND 사이에는 발광 다이오드(107)가 접속되어 있다. 그리고, 발광 다이오드(107)의 광을 수광하는 포토 트랜지스터(108)가 설치되어 있다.
상기와 같이 구성되는 광 결합 소자에서는 이차측, 즉 IGBT(6)의 구동부 측에서 출력된 이상 검출 신호가 발광 다이오드(107)과 포토 트랜지스터(108)에 의해 일차 측으로 피드백된다.
이와 같이, IGBT(6)의 보호 기능이 내장된 광 결합 소자를 1 칩으로 구성함으로써, 종래 이와 같은 회로가 개별적으로 구성되는 IPM(Intelligent Power Module) 등에 비해 회로의 소형화를 상당히 도모할 수 있게 된다. 이와 관련하여, IPM은 스위칭용 파워 소자와, 그 파워 소자를 위한 구동 회로, 보호 회로 등이 하나의 팩으로 묘듈화된 IC로서, 파워-IC라고도 칭해진다.
또, 개별적으로 구성되는 IPM에 비하면, 각 부품이 1칩화되기 때문에, 부품사이의 특성의 오차를 억제할 수 있어 노이즈에도 강하게 된다. 또, 범용 인버터로서도 부품 개수를 대폭적으로 삭감할 수 있어 비용적으로도 종래 1개의 IPM에 수천엔이 들었지만, 수십엔까지 비용을 삭감할 수 있다.
또, 상기의 광 결합 소자에 있어서, 보호 회로(106)의 출력은 내부에서 일차측으로 피드백되지만, 이차측에서 이상 검출 신호로서 출력되어도 좋다.
또, 일차측의 발광 다이오드(100)가 열화에 의해 광량이 감소하여 광 결합 소자의 임계 레벨이 상승한 경우, 발광 다이오드(100)의 광량을 모니터함으로써, 발광 다이오드(100)가 정상 레벨을 만족할 수 없었던 것을 표시하는 경고 기능을 부가해도 좋다. 또는, 발광 다이오드(100)가 열화한 경우, 광 결합 소자의 임계 레벨을 상승시키지 않도록 발광 다이오드(100)의 순방향 전류를 증가시키는 기능을 부가해도 좋다.
발명의 상세한 설명 항에서 설명한 구체적인 실시 상태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로, 그와 같은 구체 예만으로 한정하여 협의하게 해석되어야 하는 것은 아니고, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허 청구 사항의 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다.

Claims (16)

  1. 파워 소자를 구동하는 구동 수단; 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단; 상기 파워 소자 및 상기 파워 소자에 접속되는 부하의 이상을 검출하는 이상 검출 수단; 및 상기 이상 검출 수단에 의해 상기 파워 소자 또는 상기 부하의 이상이 검출되면, 상기 파워 소자의 구동 전압을 점차 저하시키도록 상기 제어 수단을 제어하는 전압 저하 제어 수단을 포함하고, 이들은 1칩으로 형성된 집적 회로이고, 상기 구동 수단은, NPN 트랜지스터와 PNP 트랜지스터가 직렬로 상보적으로 접속되어 있으며 상기 NPN 트랜지스터 및 상기 PNP 트랜지스터의 공통 접속 에미터에 상기 파워 소자의 제어 전극이 접속되어 있는 회로를 갖고 있고, 상기 구동 수단은 상기 파워 소자에 구동 전압을 제공하고, 상기 구동 전압은 상기 파워 소자의 상기 제어 전극에 제공되는 유일한 신호 전압이고, 상기 제어 수단은 상기 NPN 트랜지스터 및 상기 PNP 트랜지스터의 공통접속 베이스에 제어 신호를 제공함으로써 상기 파워 소자의 제어 전극에 인가되는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압 저하 제어 수단은: 상기 PNP 트랜지스터의 베이스 전류를 인입하는 정전류 회로; 및 상기 이상 검출 수단으로부터의 이상 검출 신호에 기초하여 상기 제어 수단의 동작을 정지시키는 한편, 상기 정전류 회로를 동작시키는 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전압 저하 제어 수단에 의해 구동 전압의 저하 과정에서 상기 파워 소자를 OFF시키는 신호가 외부로부터 입력되어도 구동 전압의 저하 동작을 유지시키는 유지 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유지 수단은, 상기 이상 검출 수단으로부터의 이상 검출 신호를 일정 시간 지연시키는 지연 회로와 상기 이상 검출 수단으로부터의 이상 검출 신호와 상기 지연 회로를 통과한 이상 검출 신호와의 논리합을 출력하는 OR 회로; 상기 OR 회로의 출력을 반전시키는 NOT 회로; 및 상기 NOT 회로의 출력과 상기 파워 소자를 ON·OFF시키기 위한 외부로부터의 신호와의 논리곱을 출력하는 AND 회로를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이상 검출 수단은 상기 파워 소자가 갖고 있는 전극 중 부하 전류가 흐르는 전극의 전압과 기준 전압을 비교함으로써, 상기 파워 소자 및 상기 부하의 이상을 검출하는 비교기 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 비교기 회로는 입력에 대해 히스테리시스 특성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 비교기 회로는 상기 기준 전압과 비교되는 전압이 입력되는 트랜지스터를 갖고 있고, 이 트랜지스터의 에미터와 베이스 사이에 다이오드가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  8. 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 구동하는 구동 수단; 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단; 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 또는 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터에 접속되는 부하의 이상을 검출하는 이상 검출 수단; 및 상기 이상 검출 수단에 의해 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 또는 상기 부하의 이상이 검출되면, 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 구동 전압을 점차 저하시키도록 상기 제어 수단을 제어하는 전압 저하 제어 수단을 포함하고, 이들은 1칩으로 형성된 집적 회로이고, 상기 구동 수단은, NPN 트랜지스터와 PNP 트랜지스터가 직렬로 상보적으로 접속되어 있으며 상기 NPN 트랜지스터 및 상기 PNP 트랜지스터의 공통 접속 에미터에 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트가 접속되어 있는 회로를 갖고 있고, 상기 구동 수단은 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터에 구동 전압을 제공하고, 상기 구동 전압은 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 상기 게이트에 제공되는 유일한 신호 전압이고, 상기 제어 수단은 상기 NPN 트랜지스터 및 상기 PNP 트랜지스터가 공통 접속된 베이스에 제어 신호를 제공함으로써 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전압 저하 제어 수단은; 상기 PNP 트랜지스터의 베이스 전류를 인입하는 정전류 회로; 및 상기 이상 검출 수단으로부터의 이상 검출 신호에 기초하여 상기 제어 수단의 동작을 정지시키는 한편, 상기 정전류 회로를 동작시키는 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  10. 제8항에 있어서, 상기 전압 저하 제어 수단에 의한 구동 전압의 저하 과정에서 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 OFF시키는 신호가 외부로부터 입력되어도 구동 전압의 저하 동작을 유지시키는 유지 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유지 수단은; 상기 이상 검출 수단으로부터의 이상 검출 신호를 일정 시간 지연시키는 지연 회로와, 상기 이상 검출 수단으로부터의 이상 검출 신호와 상기 지연 회로를 통과한 이상 검출 신호와의 논리합을 출력하는 OR 회로; 상기 OR 회로의 출력을 반전시키는 NOT 회로; 및 상기 NOT 회로의 출력과 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 ON·OFF시키기 위한 외부로부터의 신호와의 논리곱을 출력하는 AND 회로를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  12. 제8항에 있어서, 상기 이상 검출 수단은 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터 전압과 기준 전압을 비교함으로써, 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 및 상기 부하의 이상을 검출하는 비교기 회로를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  13. 제12항에 있어서, 상기 비교기 회로는 입력에 대해 히스테리시스 특성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  14. 제13항에 있어서, 상기 비교기 회로는 상기 콜렉터 전압이 입력되는 트랜지스터를 갖고 있고, 이 트랜지스터의 에미터와 베이스 사이에 다이오드가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 소자 구동 회로.
  15. 발광소자; 상기 발광 소자로부터 발생된 광을 수광하는 수광 소자; 파워 소자를 구동하는 구동 수단; 상기 수광 소자의 출력에 기초하여 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단; 상기 파워 소자 및 상기 파워 소자에 접속되는 부하의 이상을 검출하는 이상 검출 수단; 및 상기 이상 검출 수단에 의해 상기 파워 소자 또는 상기 부하의 이상이 검출되면, 상기 파워 소자의 구동 전압을 점차 저하시키도록 상기 제어 수단을 제어하는 전압 저하 제어 수단을 포함하고, 이들은 1칩으로 형성된 집적 회로이고, 상기 구동 수단은, NPN 트랜지스터와 PNP 트랜지스터가 직렬로 상보적으로 접속되어 있으며 상기 NPN 트랜지스터 및 상기 PNP 트랜지스터의 공통 접속된 에미터에 상기 파워 소자의 제어 전극이 접속되어 있는 회로를 갖고 있고, 상기 구동수단은 상기 파워 소자에 구동 전압을 제공하고, 상기 구동 전압은 상기 파워 소자의 상기 제어 전극에 제공되는 유일한 신호 전압이고, 상기 제어 수단은 상기 NPN 트랜지스터 및 상기 PNP 트랜지스터가 공통 접속된 베이스에 제어 신호를 제공함으로써 상기 파워 소자의 제어 전극에 인가되는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 광 결합 소자.
  16. 발광 소자; 상기 발광 소자로부터 발생된 광을 수광하는 수광 소자; 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 구동하는 구동 수단; 상기 수광 소자의 출력에 기초하여 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단; 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 및 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터에 접속되는 부하의 이상을 검출하는 이상 검출 수단; 및 상기 이상 검출 수단에 의해 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 또는 상기 부하의 이상이 검출되면, 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 구동 전압을 점차 저하시키도록 상기 제어 수단을 제어하는 전압 저하 제어 수단을 포함하고, 이들은 1칩으로 형성된 집적 회로이고, 상기 구동 수단은, NPN 트랜지스터와 PNP 트랜지스터가 직렬로 상보적으로 접속되어 있으며 상기 NPN 트랜지스터 및 상기 PNP 트랜지스터의 공통 접속된 에미터에 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트가 접속되어 있는 회로를 갖고 있고, 상기 구동 수단은 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터에 구동 전압을 제공하고, 상기 구동 전압은 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 상기 게이트에 제공되는 유일한 신호 전압이고, 상기 제어 수단은 상기 NPN 트랜지스터 및 상기 PNP 트랜지스터가 공통 접속된 베이스에 제어 신호를 제공함으로써 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 광 결합 소자.
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