KR100632544B1 - 직류변환기의 게이트 드라이버 회로 - Google Patents

직류변환기의 게이트 드라이버 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직류변환기의 게이트 드라이버 회로에 관한 것으로서, 권선된 코일을 통해 전압을 변환하는 트랜스포머(Transformer)와, 상기 트랜스포머의 출력단과 연결되어 스위칭 되는 스위칭부와, 상기 트랜스포머 및 상기 스위칭부 사이에 흐르는 역전류로 인하여 상기 스위칭부에 과다 전류가 인가되는 것을 방지하는 역전류방지부를 포함하여 구성됨으로서, 트랜지스터, MOS트랜지스터 및 펄스폭 변조기에서 발생되는 열을 감소시키고, 트랜지스터 및 MOS트랜지스터의 스위칭 속도 향상을 통해 상기 게이트 드라이버회로의 구동속도가 크게 향상되도록 하며, 회로구성의 비용 절감 및 상기 직류변환기의 시스템 안정성이 향상되어 상품 신뢰성을 크게 향상되는 효과가 있다.
직류변환, 발열, 컨버터, MOSFET

Description

직류변환기의 게이트 드라이버 회로{Gate driver circuit for DC-DC converter}
도 1 은 종래 기술에 따른 직류변환기의 게이트 드라이버 회로 구성이 도시된 회로도,
도 2 는 본 발명에 따른 직류변환기의 게이트 드라이버 회로 구성이 도시된 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10 :역전류방지부 20 : 스위칭부
M10, M20 : MOS트랜지스터 Q10, Q20: 트랜지스터
D11 내지 S14 : 다이오드 TX2: 트랜스포머
본 발명은 직류변환기의 게이트 드라이버 회로에 관한 것으로서, 특히 턴온/ 턴오프(Turn ON/OFF)에 따른 트랜지스터에 과전류가 인가되어 과다 발열되거나 파손되는 것을 방지하고 상기 직류변환기의 구동 안정성을 향상시키는 직류변환기의 게이트 드라이버 회로에 관한 것이다.
도 1 은 종래 기술에 따른 직류변환기의 게이트 드라이버 회로 구성이 도시된 회로도이다.
상기 종래 기술에 따른 직류변환기의 게이트 드라이버 회로는 일반적으로 트랜스포머(Transformer)를 이용한 게이트드라이버 설계시 범용적으로 많이 사용하고 있는 회로이다.
여기서 상기 직류변환기는 DC-DC컨버터로서, 일반적으로 전류 또는 전력을 기준으로 높은 전력변환이 요구되는 경우 코일(L) 또는 트랜스를 사용하여 전압을 변환하는 회로이다.
즉, 상기 DC-DC 컨버터란 직류 전압으로부터 다양한 크기의 직류 전압을 생성하는 것으로, 입력 전압보다 출력 전압이 크게 되도록 하는 경우에 사용된다.
상기 종래 기술에 따른 직류변환기의 게이트 드라이버 회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 인가되는 전압을 변환하여 출력하는 트랜스포머(Transformer, TX1)와, 상기 트랜스포머(TX1)로부터 출력되는 출력신호에 따라 스위칭 되는 트랜지스터(Q1, Q2) 및 MOS트랜지스터(M1, M2)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 게이트 드라이버 회로는 상기 회로 내에 역전류가 흐르는 것을 방지하는 다이오드(D1, D2)와, 일정 부하의 다수의 저항(R1 내지 R4)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 프랜스포머(TX1)은 제 1차측(LP)에 입력되는 신호 파형에 따라 제 2 차측(LS1, LS2)으로 동일한 파형의 인가되도록 한다. 그에 따라 상기 MOS트랜지스터(M1, M2)는 상기 트랜스포머(TX1)로 인가되는 신호 파형에 따라 출력되는 상기 제 2차측(LS1, LS2)에 의해 교대로 온/오프(ON/OFF)를 반복 수행하게 된다.
제 1 MOS트랜지스터(M1)가 턴오프(Turn off)에서 턴온(Turn on)으로 전환 될 때, +15V에서 0V로 떨어진 상기 제 1 MOS트랜지스터(M1)의 게이트(Gate, G (0V))에서 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스(Base)의 제 2저항(R2)을 통해 상기 트랜스포머(TX1)의 S_H1(-15V)으로 루프(loop)가 형성되면서, 상기 제 1 트랜지스터(Q1)가 상기 제 1 MOS트랜지스터(M1)의 턴온(Turn on) 전까지 도통 상태를 유지하게 된다.
그러나, 종래 발명에 따른 상기 직류전압변환기의 게이트 구동회로는 상기 제 1 모스트랜지스터(M1)가 턴오프(Turn off)에서 턴온(Turn on)으로 전환되는 구간, 즉 상기 트랜스포머(TX1)의 제 2차측(LS1)의 S_H1이 -15V에서 +15V로 전환되는 구간에 제 1 트랜지스터(Q1)가 빠른 속도로 도통 상태를 해지 하여 오픈(open) 상태로 전환되어야 하는데, 상기 전환구간 동안 상기 제 1 트랜지스터(Q1)가 완전하게 도통 상태를 해지하여 오픈(open)되지 못하는 문제점이 발생된다.
그에 따라, 상기와 같이 상기 제 1 트랜지스터(Q1)이 완전하게 도통상태를 해지못하게 됨으로서 상기 전환구간동안 큰 피크전류(peak current)가 상기 제 1트랜지스터(Q1)을 통해 흐르게 된다.
이때, 상기 제 1 MOS트랜지스터(M1)가 게이트(G)에 인가되는 전압에 따라 턴온(Turn on)되기는 하나, 순간적으로 상기 제 1트랜지스터(Q1)에 큰 피크전류가 흐르게 되므로 상기 제 1 MOS트랜지스터(M1)이 턴온되는 속도가 저하된다.
또한, 상기 제 1 트랜지스터는 상기와 같은 큰 피크전류로 인하여 과다 발열되게 되고, 그에 따라 상기 제 1 트랜지스터가 파열되는 문제점이 발생된다.
상기와 같은 과다전류가 흐름으로 인하여 상기 트랜스포머(TX1)로 신호를 인가하는 펄스폭변조기(PWM)에 과부하가 걸리게 되며, 상기 게이트 구동회로가 불안정해지는 문제점이 있다. 이는 상기 직류전압변환기(DC-DC converter)의 효율저하 및 소손의 원인이 된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 역방향 전류로 인하여 턴온/오프(Turn on/off)시 스위칭 소자에 과다 인가되는 전류로 인하여 트랜지스터 및 MOS트랜지스터 등의 스위칭 소자의 과다 발열 및 소자 파손등의 문제점을 해결하고 직류전압변환기의 구동 안전성을 향상시키기 위한 직류변환기의 게이트 드라이버 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 직류변환기의 게이트 드라이버 회로는 권선된 코일을 통해 전압을 변환하는 트랜스포머(Transformer)와, 상기 트 랜스포머의 출력신호에 따라 스위칭 되는 스위칭부와, 상기 트랜스포머 및 상기 스위칭부 사이에 흐르는 역전류로 인하여 상기 스위칭부에 과다 전류가 인가되는 것을 방지하는 역전류방지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명에 따른 직류변환기의 게이트 드라이버 회로의 구성이 도시된 회로도이다.
본 발명에 따른 직류변환기의 게이트 드라이버 회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 펄스폭변조기(PWM)로 부터 입력되는 신호를 변환하는 트랜스포머(TX2)와, 상기 트랜스포머(TX@)로부터 출력되는 신호에 따라 스위칭되는 스위칭부(20)와, 상기 트랜스포머(TX2) 및 스위칭부(20)사이에 역방향의 전류가 흐는 것을 차단하는 역전류방지부(10)를 포함하여 구성된다.
상기 트랜스포머(TX2)는 일정방향으로 권선된 코일을 통해 펄스폭변조기(PWM)로부터 제 1차측(LP)으로 인가되는 신호에 따라 제 2차측(LS1, LS2)에 동일한 파형의 신호가 인가되도록 하여 상기 스위칭부(20)로 신호를 출력한다.
상기 스위칭부(20)는 상기 트랜스포머(TX2)의 제 2차측(LS1, LS2) 출력단으로 부터 인가되는 신호에 따라 스위칭 되는 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q10, Q20)와, 상기 트랜지스터(Q10, Q20)와 연결되어 스위칭 되는 제 1 및 제 2 MOS트랜지스터(M10, M20)를 포함하여 구성된다.
상기 역전류방지부(10)는 상기 회로에 역방향의 전류가 흐르는 것을 방지하는 다수의 다이오드(D11, D13)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 역전류방지부(10)는 상기 트랜스포머(TX2)와 상기 스위칭부(20) 사이에 연결되어, 상기 트랜스포머(TX2)의 제 2차측(LS1, LS2)으로 (-)전압이 인가되는 경우 상기 스위칭부(20)로부터 상기 트랜스포머(TX2)로 흐르는 전류를 차단하여 루프(loop) 형성으로 인한 상기 스위칭부(20)에 과다 전류가 발생되는 것을 방지한다.
즉, 상기 역전류방지부(10)는 애노드가 상기 트랜스포머(TX2)와 연결되고, 캐소드가 상기 스위칭부(20)와 연결되어 역방향의 전류를 차단하게 되며, 이는 다이오드가 일방향의 전류만이 흐르도록 하는 특징에 따른 것이다.
상기 트랜스포머(TX2)는 제 1차측(LP)에 상기 펄스폭변조기(PWM)로부터 특정 전압의 신호파형이 인가되고, 제 2차측(LS1, LS2)에는 각각의 권선방향에 따라 상기 제 1차측(LP)과 동일한 파형의 전압이 인가되며, 그에 따라 상기 스위칭부(20)의 제 1 및 제 2 MOS트랜지스터(M1, M2)는 교대로 온/오프(ON/OFF)가게 된다.
즉, 상기 트랜스포머(TX2)는 상기 펄스폭변조기(PWM)으로부터 P10과 같은 전압파형이 입력되면, 제 2차측(LS1, LS2)으로 동일 파형의 전압이 인가되도록 하고, 그에 따라 제 1 MOS트래지스터(M1)가 온오프(on/off)하게 되며 그에 따라 전압파형 PG10이 출력되게 된다. 또한, 전압의 크기가 반대가 되면 제 2 MOS트랜지스터(M2)가 구동하여 PG20의 파형이 출력된다.
상기 제 1MOS트랜지스터(M1)은 턴온(Turn on)동작에서 상기 트랜스포머(TX2) 의 2차측(LS1) S_H1에 +15V, S_H2에 -15V의 전압이 인가되고, 상기 역전류방지부의 제 1다이오드(D11)를 통하여 게이트(G)를 차징(charging)하면서 턴온(Turn on)되게 된다.
또한, 상기 제 1 MOS트랜지스터는(M1)의 턴오프(Turn off)동작에는 턴온(Turn on)과 반대로 S_H1에-15V, S_H2에 +15V의 전압이 인가된다.
상기 역전류방지부(10) 제 1 및 제 2 다이오드(D11, D13)는 상기 제 1 MS트랜지스터(M1) 턴오프시 상기 스위칭부(20)로부터 상기 트랜스포머(TX2)의 S_H1(-15V)로 전류가 흐르는 것을 차단하여 루프(loop)가 형성되는 것을 방지하게 된다.
그에 따라 상기 직류전압변환기의 게이트 드라이브 회로는 제 1 저항(R11)을 통해 루프(loop)가 형성되게 되며, 상기 제 1 트랜지스터(Q3))는 초기 턴오프 구간 이외의 턴오프 구간에서는 도통상태가 아니므로(OPEN), 기존회로에서 문제 되었던 턴오프에서 턴온 전환시 전류는 게이트(G)에만 작용하게 된다.
따라서, 상기 본 발명에 따른 직류전압 변환기의 게이트 드라이버 회로는 턴오프 트랜지스터 및 펄스폭변조기(PWM)의 발열 문제를 해결할 수 있으며, 게이트 드라이버 속도가 향상되고, 상기 직류전압변환기의 시스템 안정성 확보가 가능하게 된다.
이상과 같이 본 발명에 의한 직류변환기의 게이트 드라이버 회로를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 직류변환기의 게이트 드라이버 회로는 트랜지스터, MOS트랜지스터 및 펄스폭 변조기에서 발생되는 열을 감소시키고, 트랜지스터 및 MOS트랜지스터의 스위칭 속도 향상을 통해 상기 게이트 드라이버회로의 구동속도가 크게 향상되도록 하며, 회로구성의 비용 절감 및 상기 직류변환기의 시스템 안정성이 향상되어 상품 신뢰성을 크게 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 권선된 코일을 통해 전압을 변환하는 트랜스포머(Transformer)와;
    상기 트랜스포머의 출력신호에 따라 스위칭 되는 스위칭부와;
    상기 트랜스포머 및 상기 스위칭부 사이에 흐르는 역전류로 인하여 상기 스위칭부에 과다 전류가 인가되는 것을 방지하는 역전류방지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직류변환기의 게이트 드라이버 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 역전류방지부는 상기 트랜스포머 및 상기 스위칭부 사이에 인가되는 역방향의 전류를 차단하기 위해 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직류변환기의 게이트 드라이버 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다이오드는 애노드가 상기 트랜스포머와 연결되고, 캐소드가 상기 스위칭부와 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 직류변환기의 게이트 드라이버 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 트랜지스터 및 MOS트랜지스터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직류변환기의 게이트 드라이버 회로.
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