KR100820320B1 - Gate drive curcuit in power supply unit - Google Patents

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Abstract

A gate drive circuit in a power supply unit is provided to solve a heat generation problem by preventing storage of energy in a drive transformer even when a gate potential is converted into an off state. A gate drive circuit in a power supply unit includes FETs(Field Effect Transistors)(Q1,Q2), a drive transformer(T), and switching transistors(Q3,Q4). The FETs switch a voltage source. The drive transformer converts an input power into a gate power for driving gates of the FETs to extract the gate power. The switching transistors include emitters, bases, and collectors. The emitters are connected between the drive transformer and the gates of the FETs. The bases are connected to an output of the drive transformer. The collectors are grounded. The switching transistors pass a gate potential of the FET to the ground by being turned on when a potential for turning off the FET is outputted from the drive transformer.

Description

전원공급 장치의 게이트 구동회로{Gate drive curcuit in power supply unit}Gate drive circuit of power supply unit {Gate drive curcuit in power supply unit}

도 1은 종래의 드라이브용 트랜스포머방식을 채용한 전원공급 장치의 게이트 구동회로도.1 is a gate drive circuit diagram of a power supply device employing a conventional drive transformer method.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급 장치의 게이트 구동회로도.2 is a gate driving circuit diagram of a power supply apparatus according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명><Description of the code used in the main part of the drawing>

T: 드라이브용 트랜스포머 Q1, Q2: FETT: Transformers for Drives Q1, Q2: FET

D3~D6: 다이오드 Q3, Q4: 스위칭용 트랜지스터D3 ~ D6: Diodes Q3, Q4: Switching Transistor

B+: 전압원B +: voltage source

본 발명은 PDP용 전원공급 장치(power supply unit)의 하프 브리지 회로에 사용되는 게이트 구동회로에 관한 것이다.The present invention relates to a gate drive circuit used in a half bridge circuit of a power supply unit for a PDP.

현재, PDP의 전원공급 장치에서, 고용량의 구현 및 효율 특성을 향상시키기 위해 ZVS 공진(Zero Voltage Switching Resonant) 방식의 하프 브리지(half bridge)회로를 사용하고 있다. 이 회로에서 고압측(high side)과 저압측(low side)의 FET를 구동하기 위해 종래에는 드라이브용 IC를 사용하여 FET를 구동하거나, 드라이브용 트랜스포머를 사용하여 FET를 구동하는 방식을 사용한다. 그 중, 최근에는 가격이 저렴하고 비정상 동작시 안전성이 뛰어난 드라이브용 트랜스포머방식을 많이 사용한다.At present, PDP power supply uses a half bridge circuit of ZVS resonant (ZVS resonant) method to improve the implementation of high capacity and efficiency. In this circuit, in order to drive the high side and low side FETs, a conventional drive system uses a drive IC to drive the FET or a drive transformer to drive the FET. Among them, in recent years, many transformers for drive are used, which are inexpensive and have excellent safety during abnormal operation.

도 1은 종래의 드라이브용 트랜스포머방식을 채용한 전원공급 장치의 게이트 구동회로도가 도시되어 있다.1 shows a gate driving circuit diagram of a power supply device employing a conventional transformer method for a drive.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 드라이브용 트랜스포머방식을 채용한 전원공급 장치의 게이트 구동회로도는 1차측과 2차측으로 분리되고, 2차측이 고압측과 저압측으로 각각 분리된 트랜스포머(T)와, 2차 권선의 고압측 및 저압측에 각각 연결된 한 쌍의 FET(Q1, Q2)와, 상기 FET(Q1, Q2)의 게이트에 역방향으로 궤환루프를 형성하는 각각의 다이오드(D1, D2)와 저항(R1, R2)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, a gate drive circuit diagram of a power supply device employing a conventional transformer method for a drive is divided into a primary side and a secondary side, and a secondary side of a transformer T separated into a high voltage side and a low pressure side, respectively. A pair of FETs Q1 and Q2 connected to the high voltage side and the low voltage side of the secondary winding, and each of the diodes D1 and D2 forming a feedback loop in a reverse direction to the gates of the FETs Q1 and Q2. It consists of resistors R1 and R2.

또한, FET(Q1, Q2) 소오스는 전압원(B+)에 연결되고, 드레인은 후단의 회로(도시되지 않았음)에 상기 전압원(B+)이 공급되도록 연결된다.In addition, the FET Q1 and Q2 sources are connected to the voltage source B +, and the drain thereof is connected to supply a voltage source B + to a circuit (not shown) at a later stage.

이때, 상기한 각각의 다이오드(D1, D2)는 FET(Q1, Q2)의 게이트가 오프상태일 때 게이트 잔류전위를 신속하게 제거하기 위해 구성된 바이패스용 다이오드이다.In this case, each of the diodes D1 and D2 is a bypass diode configured to quickly remove the gate residual potential when the gates of the FETs Q1 and Q2 are off.

그러나, 종래의 드라이브용 트랜스포머방식을 채용한 전원공급 장치의 게이 트 구동회로에는 게이트를 오프시키기 위한 회로로서, FET(Q1, Q2)의 게이트전위를 바이패스하기 위한 다이오드(D1, D2) 및 저항(R1, R2)으로 구성되어 있으므로, 게이트를 오프 상태로 전환시에 다이오드(D1, D2)의 응답속도와 저항(R1, R2)의 소자 특성으로 인하여 게이트가 오프상태로 전환되는 응답속도가 느리게 되는 문제점이 있다.However, the gate drive circuit of the power supply device employing the conventional transformer method for driving is a circuit for turning off the gate, and diodes D1 and D2 for bypassing the gate potential of the FETs Q1 and Q2. (R1, R2), the response speed of switching the gate to the off state is slow due to the response speed of the diodes D1 and D2 and the device characteristics of the resistors R1 and R2 when the gate is turned off. There is a problem.

또한, 게이트를 오프시킬 때, FET(Q1, Q2)의 게이트 전위가 오프상태로 떨어지는 Fall Time Speed가 FET(Q1, Q2)의 온/오프상태를 제어하기 위한 제어용 IC의 처리용량에 의존되므로, 고성능의 제어용 IC를 사용하지 않는 한 응답속도를 빠르게 하는 것은 한계가 있으며, 고성능의 제어용 IC를 사용하는 경우 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.Further, when the gate is turned off, the fall time speed at which the gate potential of the FETs Q1 and Q2 falls to the off state depends on the processing capacity of the control IC for controlling the on / off states of the FETs Q1 and Q2. Unless a high-performance control IC is used, the response speed is limited, and there is a problem in that the cost increases when a high-performance control IC is used.

또한, FET(Q1, Q2)의 게이트 전위를 바이패스 시키기 위한 다이오드(D1, D2) 및 저항(R1, R2)으로 인해 FET(Q1, Q2)의 온/오프 상태가 반복될 때 드라이브용 트랜스포머(T)에는 잔류 에너지가 남게 되어 트랜스포머(T)에 축적되는 에너지가 포화상태가 되고, 이로 인하여 트랜스포머(T)는 발열 문제를 야기하는 문제가 있다.In addition, when the on / off states of the FETs Q1 and Q2 are repeated due to the diodes D1 and D2 and the resistors R1 and R2 for bypassing the gate potentials of the FETs Q1 and Q2, the driving transformer ( Residual energy remains in T), and the energy accumulated in the transformer T becomes saturated, which causes the transformer T to generate a heat generation problem.

본 발명은 FET의 게이트 전위를 신속하게 오프상태로 전환할 수 있도록 한 전원공급 장치의 게이트 구동회로를 제공함에 있다.The present invention provides a gate drive circuit of a power supply device capable of quickly switching the gate potential of a FET to an off state.

또한, 발명은 상기한 FET의 게이트 전위를 신속하게 오프상태로 전환시켜 저성능 및 저가의 제어용 IC 만으로도 FET를 신속하게 온/오프시킬 수 있는 전원공급 장치의 게이트 구동회로를 제공함에 있다.In addition, the present invention provides a gate driving circuit of a power supply device capable of quickly turning on and off the gate potential of the FET so that the FET can be quickly turned on / off only by a low performance and low cost control IC.

또한, 발명은 상기한 FET의 게이트 전위를 신속하게 오프상태로 전환시켜 게이트 전위가 오프상태로 전환될 때, 드라이브용 트랜스포머에 에너지가 축적되는 것을 방지하여 발열문제를 해소한 전원공급 장치의 게이트 구동회로를 제공함에 있다.In addition, the invention provides a gate drive circuit of a power supply device that solves heat generation problems by preventing energy from accumulating in a drive transformer when the gate potential of the FET is quickly turned off and the gate potential is turned off. In providing the furnace.

본 발명은 전압원을 스위칭하는 FET와; 입력전원으로부터 상기 FET의 게이트를 구동하기 위한 게이트 전원을 변환하여 추출하는 드라이브용 트랜스포머; 및 상기 드라이브용 트랜스포머와 상기 FET의 게이트 사이에 이미터가 연결되고, 상기 드라이브용 트랜스포머의 출력에 베이스가 연결되며, 컬렉터는 접지되고, 상기 FET를 오프시키기 위한 전위가 상기 드라이브용 트랜스포머에서 출력될 때 턴-온되어 상기 FET의 게이트 전위를 그라운드로 패스시키는 스위칭용 트랜지스터를 포함한다.The present invention provides an FET for switching a voltage source; A drive transformer for converting and extracting a gate power source for driving the gate of the FET from an input power source; And an emitter is connected between the drive transformer and the gate of the FET, the base is connected to the output of the drive transformer, the collector is grounded, and a potential for turning off the FET is output from the drive transformer. And a switching transistor that is turned on to pass the gate potential of the FET to ground.

여기서, 상기 FET는 상기 드라이브용 트랜스포머의 고압용 출력과 저압용 출력에 각각 분리 설치되며; 상기 고압용 FET 및 저압용 FET의 게이트에는 상기 고압용 FET 및 저압용 FET의 게이트 전위가 그라운드로 패스되는 것을 스위칭하는 스위칭용 트랜지스터가 설치되는 것이 바람직하다.Wherein the FETs are separately installed at the high voltage output and the low voltage output of the drive transformer; Preferably, a switching transistor for switching the gate potentials of the high voltage FET and the low voltage FET to the ground is provided at the gates of the high voltage FET and the low voltage FET.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예(들)에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세 히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiment (s) of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급 장치의 게이트 구동회로도이다.2 is a gate driving circuit diagram of a power supply apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described with reference to FIG. 2.

외부에서 입력되는 전원으로부터 후술하는 FET(Q1, Q2)의 게이트를 구동하기 위한 전위를 변압하여 추출하는 드라이브용 트랜스포머(T)와, 상기 드라이브용 트랜스포머(T)의 고압측 및 저압측에 연결되어 2차측에 유기된 게이트전압을 FET(Q1, Q2)에 바이패스하는 바이패스용 다이오드(D3, D4)와, 상기 바이패스용 다이오드(D3, D4)에 의해 전달되는 게이트전압을 게이트로 공급받아 전압원(B+)이 후단의 회로에 공급되는 것을 스위칭하는 FET(Q1, Q2)와, 상기 바이패스용 다이오드(D3, D4) 및 상기 FET(Q1, Q2) 사이에 병렬 연결되어 상기 FET(Q1, Q2)가 오프 타임일 때 상기 바이패스용 다이오드(D3, D4)에서 공급되는 게이트전압을 차단하는 스위칭용 트랜지스터(Q3, Q4)로 구성된다.A drive transformer T for transforming and extracting a potential for driving the gates of the FETs Q1 and Q2 to be described later from an externally input power source, and a high voltage side and a low voltage side of the drive transformer T; Bypass diodes D3 and D4 for bypassing the gate voltage induced on the secondary side to FETs Q1 and Q2, and gate voltages transmitted by the bypass diodes D3 and D4 are supplied to the gate. FETs Q1 and Q2 for switching the voltage source B + to be supplied to a circuit at a later stage, and are connected in parallel between the bypass diodes D3 and D4 and the FETs Q1 and Q2, respectively. The switching transistors Q3 and Q4 block the gate voltages supplied from the bypass diodes D3 and D4 when Q2) is off time.

여기서, 스위칭용 트랜지스터(Q3, Q4)의 베이스는 드라이브용 트랜스포머(T)의 2차 권선 중 고압측 및 저압측에 각각 연결되며, 컬렉터는 다이오드(D5, D6)를 통해 그라운드로 패스된다.Here, the bases of the switching transistors Q3 and Q4 are connected to the high voltage side and the low voltage side of the secondary winding of the drive transformer T, respectively, and the collector is passed to the ground through the diodes D5 and D6.

즉, 상기와 같은 구성의 본 발명은, FET(Q1, Q2)가 온 타임일 때, 드라이브용 트랜스포머(T)의 2차측에는 소정 레벨의 게이트전압이 유기되므로, PNP형 스위칭용 트랜지스터(Q3, Q4)는 오프상태를 유지하게 된다.That is, according to the present invention having the above-described configuration, since the gate voltage of a predetermined level is induced on the secondary side of the drive transformer T when the FETs Q1 and Q2 are on time, the PNP switching transistor Q3, Q4) will remain off.

따라서, 드라이브용 트랜스포머(T)의 2차측에 유기된 게이트전압은 바이패스용 다이오드(D3, D4)를 통해 FET(Q1, Q2)의 게이트에 공급되므로, FET(Q1, Q2)는 턴-온되어 전압원(B+)을 후단의 회로에 공급하게 된다.Therefore, the gate voltage induced on the secondary side of the drive transformer T is supplied to the gates of the FETs Q1 and Q2 through the bypass diodes D3 and D4, so that the FETs Q1 and Q2 are turned on. Then, the voltage source B + is supplied to the circuit of the later stage.

한편, FET(Q1, Q2)가 오프 타임일 때, 드라이브용 트랜스포머(T)의 2차측에는 게이트전압이 유기되지 않으므로, PNP형 스위칭용 트랜지스터(Q3, Q4)는 온상태를 유지하게 된다.On the other hand, when the FETs Q1 and Q2 are off time, the gate voltage is not induced to the secondary side of the drive transformer T, so that the PNP type switching transistors Q3 and Q4 are kept in the on state.

따라서, FET(Q1, Q2)의 게이트에 잔류하는 전압이 스위칭용 트랜지스터(Q3, Q4)를 통해 그라운드로 신속하게 패스되므로, FET(Q1, Q2)는 턴-오프되어 전압원(B+)이 후단의 회로에 공급되는 것이 차단된다.Therefore, since the voltage remaining at the gates of the FETs Q1 and Q2 is quickly passed to the ground through the switching transistors Q3 and Q4, the FETs Q1 and Q2 are turned off so that the voltage source B + is connected to the rear end. Supply to the circuit is cut off.

여기서, 스위칭용 트랜지스터(Q3, Q4)를 사용하여 FET(Q1. Q2)의 게이트 전위를 떨어뜨리는 것이 종래의 다이오드를 사용하는 경우보다 응답 속도가 빠른 것은 자명하다. 따라서, FET(Q1, Q2)의 게이트 전위를 오프 상태로 전환하는 경우, Fall Time을 빠르게 할 수 있다.Here, it is obvious that lowering the gate potential of the FETs Q1 and Q2 by using the switching transistors Q3 and Q4 is faster than the case of using a conventional diode. Therefore, when the gate potentials of the FETs Q1 and Q2 are turned off, the fall time can be increased.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예(들)에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예(들)에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiment (s) have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiment (s), but should be defined by the claims below and equivalents thereof.

본 발명에 의하면, FET의 게이트 전위를 오프상태로 전환할 때 트랜지스터를 사용하여 게이트 전위를 신속하게 그라운드로 바이패스함으로써, 응답속도가 빠른 게이트 구동회로를 설계할 수 있다.According to the present invention, a gate drive circuit having a high response speed can be designed by quickly bypassing the gate potential to the ground using a transistor when the gate potential of the FET is turned off.

또한, 본 발명은 FET의 게이트 전위를 신속하게 오프상태로 전환시킬 수 있으므로, 저성능 및 저가의 제어용 IC 만으로도 전원공급 장치의 게이트 구동회로를 설계할 수 있다.In addition, the present invention can quickly switch the gate potential of the FET to the off state, so that the gate drive circuit of the power supply can be designed with only a low performance and low cost control IC.

또한, 본 발명은 FET의 게이트 전위를 신속하게 오프상태로 전환시킬 수 있으므로, 게이트 전위가 오프상태로 전환될 때에도 드라이브용 트랜스포머에 에너지가 축적되는 것을 방지하여 발열문제를 해소할 수 있다.In addition, the present invention can quickly switch the gate potential of the FET to the off state, it is possible to solve the heat generation problem by preventing the accumulation of energy in the drive transformer even when the gate potential is turned off.

Claims (2)

전압원을 스위칭하는 FET; A FET for switching a voltage source; 입력전원으로부터 상기 FET의 게이트를 구동하기 위한 게이트 전원을 변환하여 추출하는 드라이브용 트랜스포머; 및 A drive transformer for converting and extracting a gate power source for driving the gate of the FET from an input power source; And 상기 드라이브용 트랜스포머와 상기 FET의 게이트 사이에 이미터가 연결되고, 상기 드라이브용 트랜스포머의 출력에 베이스가 연결되며, 컬렉터는 접지되고, 상기 FET를 오프시키기 위한 전위가 상기 드라이브용 트랜스포머에서 출력될 때 턴-온되어 상기 FET의 게이트 전위를 그라운드로 패스시키는 스위칭용 트랜지스터를 포함하는 전원공급 장치의 게이트 구동회로.When the emitter is connected between the drive transformer and the gate of the FET, the base is connected to the output of the drive transformer, the collector is grounded, and the potential for turning off the FET is output from the drive transformer. And a switching transistor for turning on to pass the gate potential of the FET to ground. 제 1 항에 있어서, 상기 드라이브용 트랜스포머의 출력이 고압용과 저압용으로 분리되고; 2. The method of claim 1, wherein the output of the drive transformer is separated for high pressure and low pressure; 상기 FET는 상기 드라이브용 트랜스포머의 고압용 출력과 저압용 출력에 각각 분리 설치되며; The FETs are separately installed at the high voltage output and the low voltage output of the drive transformer; 상기 고압용 FET 및 저압용 FET의 게이트에는 상기 고압용 FET 및 저압용 FET의 게이트 전위가 그라운드로 패스되는 것을 스위칭하는 스위칭용 트랜지스터가 설치되는 것을 특징으로 하는 전원공급 장치의 게이트 구동회로.And a switching transistor for switching the gate potentials of the high voltage FET and the low voltage FET to the ground is provided at the gates of the high voltage FET and the low voltage FET.
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