KR100369854B1 - 게이트 구동용 전원공급회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류전압을 직류전압으로 정류하고 정류한 직류전압을 고속으로 스위칭하여 게이트 구동회로에 안정된 전원을 공급할 수 있게 하는 게이트 구동용 전원공급회로에 관한 것으로, 교류전압을 직류전압으로 정류하고 정류한 직류전압을 고속 스위칭 회로에 공급하는 AC/DC정류기와, 상기 AC/DC정류기로부터 정류된 직류전압을 게이트회로에 공급하는 고속 스위칭 회로부와, 상기 전원소자의 안정적인 스위칭 제어를 위해 전원회로와 완전 절연시키기 위한 게이트 회로부를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명은, 게이트 구동용 전원공급 설계를 통해 대부분 수입에만 의존하고 있는 전원설계를 국내에서 제작함으로써 수입대체효과를 가져다 주고, 또한 전원공급 크기를 최적화함과 동시에, 맥동율을 최소화함으로써 게이트 구동회로에 노이즈 및 리플이 없는 안정적이고 깨끗한 전원을 공급해 주는 효과가 있다.

Description

게이트 구동용 전원공급회로{power supply circuit by gate operate}

본 발명은 전동차용 인버터구동 및 게이트 회로에 사용되는 전원공급회로에 관한 것으로, 특히 교류(AC)전압을 직류(DC)전압으로 정류하고 정류한 직류전압을 고속으로 스위칭하여 게이트 구동회로에 안정된 전원을 공급할 수 있게 하는 게이트 구동(Gate Drive)용 전원공급회로(Power Supply Circuit)에 관한 것이다.

일반적으로 기기의 직류 안정화 전원으로 폭 넓게 이용되고 있는 SMPS(Switch Mode Power Supply)는 전력용 트랜지스터등 반도체 소자를 스위치로 사용하여 직류입력전압을 일단 구형파 형태의 전압으로 변환한후 필터를 통하여 제어된 직류출력전압을 얻는 방식이다.

그런데 이런 종래의 PS(Power Supply)동작방식을 살펴보면, 순방향 변환기(Forward Converter), 푸쉬풀 변환기(Push-Pull Coverter), 반 브리지 변환기(Half-Bridge Converter)와 전 브리지 변환기(Full-Bridge Coverter)방식으로 나눌 수 있다.

이런 방식을 구별화하여 대용량 IGBT 구동용 게이트 드라이브 회로에 전원을 공급하게되며, 전원공급시 노이즈가 실린 전원이 게이트 드라이브 회로에 공급되어지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하고자 이루어진 것으로서, 그 목적은 교류전압을 직류전압으로 변환한 직류전압 입력단에 전개효과 트랜지스터를 사용하여 직류전압을 고속으로 스위칭토록 함으로서 게이트 구동회로에 노이즈 및 리플이 없는 안정적이고 깨끗한 전원을 공급할 수 있게 하는 게이트 구동용 전원공급회로를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하고자 본 발명의 게이트 구동용 전원공급회로는, 교류전압을 직류전압으로 정류하고 정류한 직류전압을 고속 스위칭 회로에 공급하는 AC/DC정류기와; 상기 AC/DC정류기로부터 정류된 직류전압을 게이트회로에 공급하는 고속 스위칭 회로부와; 상기 전원소자의 안정적인 스위칭 제어를 위해 전원회로와 완전 절연시키기 위한 게이트 회로부를 포함한 게이트 구동용 전원공급회로에 있어서, 상기 정류전압을 정전압하여 바테리를 최적의 상태로 유지시키기 위한 바테리유지부와, 20㎑의 직류 24V 전압을 출력하는 변압기와, 상기 변압기의 입력단과 스위칭 회로부(3)간에 20㎑의 스위칭 주파수를 출력시키는 전계효과 트랜지스터(FET1~FET4)를 구성하여서 이루어짐을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 AC/DC정류기는 컨버터로부터 입력되는 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류용 다이오드와, 상기 정류전압을 정전압하여 바테리를 최적의 상태로 유지시키기 위한 바테리유지부와, 상기 직류 24V의 정전압을 출력하는 SMPS를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 교류 440V의 전압을 직류 24V의 전압으로 정류시키는 것을 그 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 바테리 유지부는 정류전압을 정전압시키는 제너다이오드와, 바이어스전압을 공급하는 바이어스저항과, 상기 바이어스전압에 의해 구동하는 트랜지스터를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 고속 스위칭 회로부는 직류전압을 스위칭하는 스위칭회로부와, 회로보호를 위한 회로 보호용 저항과, 전력용 전계효과트랜지스터와, 20㎑의 직류 24V 전압을 출력하는 변압기를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 게이트 회로부는 전원소자의 스위칭 제어를 위해 전원회로와 완전 절연시키기 위한 절연변압기를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 게이트 구동용 전원공급회로를 구성하고 있는 AC/DC정류기.

도 2는 본발명의 게이트 구동용 전원공급회로를 구성하고 있는 고속 스위칭회로도.

도 3은 본 발명의 게이트 구동용 전원공급회로를 구성하고 있는 게이트 회로도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10:AC/DC정류기 20:고속 스위칭 회로부

30:게이트 회로부

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 게이트 구동용 전원공급회로의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 게이트 구동용 전원공급회로를 구성하고 있는 AC/DC정류기로서, 도 1에서와 같이 교류전압을 직류전압으로 정류하고 정류한 직류전압을 고속 스위칭 회로에 공급하는 AC/DC정류기(10)가 구성되어 있다.

도 2는 본발명의 게이트 구동용 전원공급회로를 구성하고 있는 고속 스위칭회로도로서, 도 2에서와 같이 AC/DC정류기로부터 정류된 직류전압을 게이트회로에 공급하는 고속 스위칭 회로부(20)가 구성되어 있다.

도 3은 본 발명의 게이트 구동용 전원공급회로를 구성하고 있는 게이트 회로도로서, 도 3에서와 같이 전원소자의 안정적인 스위칭 제어를 위해 전원회로와 완전 절연시키기 위한 게이트 회로부(30)가 구성되어 있다.

상기 AC/DC정류기(10)는 컨버터로부터 입력되는 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류용 다이오드(D1),(D2)와, 상기 정류전압을 정전압하여 바테리(BT)를 최적의 상태로 유지시키기 위한 바테리유지부(1)와, 상기 직류 24V의 정전압을 출력하는 SMPS(2)를 포함하여 구성된다.

또한 상기 교류 440V의 전압을 직류 24V의 전압으로 정류시키도록 구성되어 있다.

상기 바테리 유지부(1)는 정류전압을 정전압시키는 제너다이오드(ZD)와, 바이어스전압을 공급하는 바이어스저항(R1),(R2)과, 상기 바이어스전압에 의해 구동하는 트랜지스터(TR)를 포함하여 구성된다.

상기 고속 스위칭 회로부(20)는 직류전압을 스위칭하는 스위칭회로부(3)와,회로보호를 위한 회로 보호용 저항(RS1),(RS2)과, 전력용 전계효과트랜지스터(FET1∼FET3)와, 20㎑의 직류 24V 전압을 출력하는 변압기(T2)를 포함하여 구성된다.

상기 게이트 회로부(30)는 전원소자의 스위칭 제어를 위해 전원회로와 완전 절연시키기 위한 절연변압기(T3)가 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 작용효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, AC/DC정류기(10)에서는 컨버터로부터 입력되는 AC 440V의 전압을 트랜스(T)에 의해 일정전압(약100V)으로 변환하고 그 변환전압을 정류용 다이오드(D1),(D2)에 의해 직류전압으로 정류한다.

이렇게 정류된 직류전압은 제너다이오드(ZD)에 의해 정전압된다. 이때 트랜지스터(TR)는 그에 인가되는 정전압으로 바테리(BT)를 최적의 상태로 유지시킨다.

이와 동시에 SMPS(2)에서는 DC 24V의 정전압을 고속 스위칭 회로부(20)내의 스위칭회로부(3)에 출력한다.

여기서 R1은 바테리(BT)의 충전전류를 제한하여 부족충전의 경우에 회로를 보호하는 역할을 수행한다.

한편, 스위칭회로부(3)는 그에 입력된 DC 24V의 정전압을 도면에 도시하지 않은 제어회로와 제어회로 입력의 아날로그회로, 검출기의 전원 및 게이트회로부(30)에 공급하며, 이때 게이트 회로부(30)에 공급하는 전위는 주회로의 전위이므로 다른 회로와 별도로 전원을 공급하도록 분리하도록 구성되어 있다.

여기서 RS1,RS2는 회로 보호용 저항으로서, 과전류가 흐르면 펄스폭을 좁히는 역할을 수행한다.

그리고 스위칭 주파수는 전계효과 트랜지스터(FET1~FET4)에 의하여 20㎑로 출력토록 함으로서 스위칭 소음이 가청주파수를 넘도록 작용된다.

한편 게이트 회로부(30)의 전원은 도 3에 나타낸 바와 같이 전력소자의 안정적인 스위칭 제어를 위해 전원회로와 완전히 절연시키도록 함이 바람직하다. 즉, 주전원과 절연해야 할 요소는 제어기로부터의 신호절연과 전원을 공급하는 회로와 절연토록 하므로서 전원에 포함되어 있는 노이즈 및 리플이 회로 상호간의 간섭을 배제하게 되고 높은 스위칭 주파수에서도 안정적으로 전원을 공급할 수가 있다.

여기서 제어신호의 절연은 광 송수신방법을 사용하고, 전원회로는 절연변압기(T3)의 사용 등으로 절연하고 있다.

도 3에서의 절연변압기(T3)는 20㎑의 높은 주파수의 교류전압으로서, 도 2의 전원회로와 충분하게 절연시키도록 함이 바람직하다.

이와 같이 본 발명은, 게이트 구동회로에 노이즈 및 리플이 없는 안정적이고 깨끗한 전원을 공급하는 것이 가능하다.

이상에서와 같이, 본 실시예에 의하면, 게이트 구동용 전원공급 설계를 통해 대부분 수입에만 의존하고 있는 전원설계를 국내에서 제작함으로써 수입대체효과를 가져다 주고, 또한 전원공급 크기를 최적화함과 동시에, 맥동율을 최소화함으로써 게이트 구동회로에 노이즈 및 리플이 없는 안정적이고 깨끗한 전원을 공급해 주는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 교류전압을 직류전압으로 정류하고 정류한 직류전압을 고속 스위칭 회로에 공급하는 AC/DC정류기와;

   상기 AC/DC정류기로부터 정류된 직류전압을 게이트회로에 공급하는 고속 스위칭 회로부와;

   상기 전원소자의 안정적인 스위칭 제어를 위해 전원회로와 완전 절연시키기 위한 게이트 회로부를 포함한 게이트 구동용 전원공급회로에 있어서,

   상기 정류전압을 정전압하여 바테리를 최적의 상태로 유지시키기 위한 바테리유지부와,

   20㎑의 직류 24V 전압을 출력하는 변압기와, 상기 변압기의 입력단과 스위칭 회로부(3)간에 20㎑의 스위칭 주파수를 출력시키는 전계효과 트랜지스터(FET1~FET4)를 구성하여서 이루어짐을 특징으로 하는 게이트 구동용 전원공급회로.
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