KR101242985B1 - A Multi Stage Active Driver - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 양전원 드라이브는 파워 소자(POWER DEVICE); 상기 파워 소자로부터 제1입력전압 또는 제 2 입력전압을 입력받는 전압입력부; 외부로부터 ON 또는 OFF의 펄스(Pulse)전원을 입력받는 전원입력부; 상기 파워 소자로 TURN ON전원 또는 TURN OFF전원을 출력하는 출력부; 및 상기 펄스전원, 제1입력전압 또는 제2입력전압에 기초하여 상기 TURN ON전원 또는 상기 TURN OFF전원을 출력하여 상기 파워 소자의 스위칭 상태를 제어하는 제어부를 포함하며, 양전원 드라이버의 멀티 스테이지 능동 구동을 통해 dic/dt, dVCE/dt를 줄임으로서, 전체적인 시스템의 EMI/EMC영향을 줄이는 효과가 있다. 또한, 이를 통하여 inverter의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 이를 통하여 전체적인 시스템의 개선을 가능하게 하는 효과가 있다 Positive power drive according to an embodiment of the present invention is a power device (POWER DEVICE); A voltage input unit configured to receive a first input voltage or a second input voltage from the power device; A power input unit which receives a pulse power of ON or OFF from the outside; An output unit for outputting a TURN ON power source or a TURN OFF power source to the power device; And a controller configured to control the switching state of the power device by outputting the TURN ON power or the TURN OFF power based on the pulse power, the first input voltage, or the second input voltage. By reducing dic / dt and dVCE / dt, the overall system EMI / EMC effect is reduced. In addition, this has the effect of increasing the reliability of the inverter. In addition, this has the effect of enabling the improvement of the overall system.

Description

멀티 스테이지 능동 구동 드라이버.{A Multi Stage Active Driver}Multi Stage Active Driver. {A Multi Stage Active Driver}

본 발명은 파워 소자의 효율적 스위칭을 위한 멀티 스테이지 능동 구동 드라이버에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-stage active drive driver for the efficient switching of power devices.

파워 소자는 IGBT, Power MOSFET등의 전력 반도체 소자를 말하며, 이는 인버터나 모터 등에서 전압의 스위칭 시에 이용되고 있다. 이 소자들은 주로 600V 이상의 고압에 견딜 수 있는 소자들이며, DC파워를 AC파워로 전환하여 주는데 중요한 역할을 한다. 이 소자들은 작은 입력 Voltage로 큰 전류를 구동하고, 빠른 스위칭을 가능하게 하므로 현재 전력 시스템에서 널리 사용되고 있다.The power device refers to a power semiconductor device such as an IGBT or a power MOSFET, which is used for switching voltages in an inverter or a motor. These devices are capable of withstanding high voltages of over 600V and play an important role in converting DC power to AC power. These devices are widely used in power systems because they drive large currents with small input voltages and enable fast switching.

전력전자 회로를 설계함에 있어 중요한 목표 중 하나는 파워 소자에서의 전력손실을 최소화 하는 것이다. 파워 소자의 전력시스템 스위치 역할에서의 손실은 도통 손실과 스위칭 손실로 구별된다. 도통 손실은 도통중일때의 스위치의 양단전압이 0이 아니므로 발생되며, 스위칭 손실은 소자가 한 상태에서 다른 상태로 전이하는데 시간이 소요되기 때문에 발생한다. 변환기에 따라서는 스위칭 손실이 도통 손실보다 더 클 수도 있다. 전력시스템에서는 도통 손실 보다는 스위칭 손실을 줄이면서 스위칭 speed를 빠르게 하는 것이 큰 목표이다. One of the important goals in designing power electronic circuits is to minimize power losses in power devices. Losses in the power system switch role of the power device are divided into conduction losses and switching losses. Conduction loss occurs because the voltage across the switch is not zero when it is conducting, and switching loss occurs because the device takes time to transition from one state to another. Depending on the transducer, switching losses may be greater than conduction losses. In power systems, the goal is to increase switching speed while reducing switching losses rather than conduction losses.

도 1은 종래의 양전원 드라이버의 출력 기능을 간략화한 기능도이다.1 is a functional diagram that simplifies the output function of a conventional bi-power driver.

보통 파워 소자의 드라이버에서는 보통 단전원 드라이버가 사용되기도 하지만, 고출력구동 드라이버에서는 도 1과 같이 양(兩) 전원 드라이버(11)가 사용되고 있다. 입력(10)으로 들어온 전압(14)은 종래 양전원 드라이버(11)에 의해 입력이 High(VCC)인 경우 상단이 구동되어 OUTH 출력이 나오게 되고, 입력이 LOW(0V)인 경우 -VCC가 OUTL의 output으로 출력되게 된다. Usually, a single power supply driver is used in a driver of a power device, but a positive power supply driver 11 is used in a high output drive driver as shown in FIG. The voltage 14 input to the input 10 is driven by the positive power supply 11 of the prior art when the input is High (VCC), the upper end is driven to the OUTH output, and when the input is LOW (0V) -VCC of OUTL will be output to the output.

도 2는 상기 종래의 양전원 드라이버를 통한 IGBT의 스위칭을 간략화한 기능도이다.2 is a simplified functional diagram of switching of the IGBT through the conventional positive power driver.

도 2를 참조하면, 종래의 양전원 드라이버(11)은 IGBT(23)의 Power ON시에는 +전원공급을 하다가 Power OFF시에는 -전원을 공급하고 있다(25). 양전원을 사용하는 이유는 OFF시의 스위칭을 더욱 빠르게 하기 위한 것이다. 그러나 빠르게 하기 위한 off시의 양전원은 turn on시의 di/dt를 크게 하고 turn off시에는 dv/dt를 크게 하는 문제점이 있다. Referring to FIG. 2, the conventional bi-power driver 11 supplies + power when the IGBT 23 is powered on, and supplies -power when the power is turned off (25). The reason for using a positive power supply is to make switching at OFF faster. However, there is a problem in that the positive power supply when turned off to increase the di / dt when turned on, and the dv / dt when turned off.

도 3은 상기 종래의 양전원 드라이버를 통한 IGBT의 스위칭시 드라이버의 출력 전압, 출력 전류, IGBT의 VGE, VCE 및 Ic를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the output voltage, output current, VGE, VCE and Ic of the IGBT when the IGBT is switched through the conventional positive power driver.

VCC~0V의 pulse 전압은 양전원 드라이버에 의해 VCC~(-VCC)의 output으로 전달되게 된다. 이에 따른 output current도 IO output으로 전달되게 된다. The pulse voltage of VCC ~ 0V is transferred to the output of VCC ~ (-VCC) by the positive power driver. The resulting output current is also sent to the IO output.

도 3을 참조하여 에서 종래의 양전원 드라이버의 동작을 설명하면, 양전원 은 OUTH와 OUTL의 구동영역이 각기 나뉘게 된다. 입력이 High(VCC)인 곳은 OUTH가 동작하고, 입력이 Low(0V)인 곳은 OUTL이 동작하게 된다. 도 3의 1번째 줄의 그래프는 그에 따른 Voltage출력(VCC~-VCC)이고, 2번째 줄의 그래프는 그에 따른 Current 출력(IO~-IO)이다. IGBT(23)로의 TURN ON시의 입력 전류보다 TURN OFF시의 SINK CURRENT가 크기 때문에 IO와 -IO의 크기를 다르게 표시하였다. Referring to FIG. 3, the operation of the conventional positive power supply driver will be described. In the positive power supply, the driving regions of OUTH and OUTL are respectively divided. Where the input is High (VCC), OUTH operates, and where the input is Low (0V), OUTL operates. The graph of the first line of Figure 3 is the voltage output (VCC ~-VCC) accordingly, the graph of the second line is the current output (IO ~ -IO) accordingly. Since the SINK CURRENT at the turn-off is larger than the input current at the turn-on to the IGBT 23, the sizes of IO and -IO are displayed differently.

왼쪽 4개의 그래프는 Turn On시, 오른쪽 4개의 그래프는 Turn Off시의 동작을 나타낸다. 첫번째 줄은 turn on/off시의 양전원 드라이버의 voltage 전달, 두번째 줄은 양전원 드라이버의 current 전달, 세번째 줄은 IGBT에서의 VGE의 시간에 따른 변화, 네번째 줄은 IGBT에서의 VCE 및 iC의 시간에 따른 변화를 나타낸다.The left four graphs show the action at turn on and the right four graphs show the action at turn off. The first line transmits the voltage of the bi-power driver during turn on / off, the second line transmits the current of the bi-power driver, the third line changes with the time of VGE in the IGBT, and the fourth line changes the time of VCE and iC in the IGBT. Indicates a change.

도 3에서 왼쪽 부의 네번째 줄을 참조하면, Turn ON시에 종래의 양전원 드라이버(11)에 의하는 경우, dic/dt가 스위칭시 크게 변하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3의 왼쪽 네번째 줄의 그래프를 참조하면 Turn OFF시의 dVCE/dt가 스위칭시 크게 변하는 것을 알 수 있다.Referring to the fourth row of the left part in FIG. 3, it can be seen that dic / dt is greatly changed during switching by the conventional positive power supply driver 11 at the turn-on time. In addition, referring to the graph of the fourth row on the left of FIG. 3, it can be seen that dVCE / dt at the time of turning off is greatly changed at the time of switching.

이러한 종래의 양전원 드라이버(11)는 일반적인 파워 드라이브 시스템보다 Turn On시의 dic/dt가 급속도로 변하며, Turn Off시에는 일반적인 파워 드라이브 시스템보다 VCC~-VCC로 출력의 변화율이 더 크기에 더 큰 dVCE/dt를 보인다. dic/dt, dVCE/dt이 큰 것은 전체적인 시스템의 EMI/EMC에 영향을 주는 문제점이 있다. In the conventional positive power driver 11, the dic / dt of the turn-on is rapidly changed than the general power drive system, and the turn-off dVCE has a larger change rate of output from VCC to -VCC than the general power drive system. shows / dt Larger dic / dt and dVCE / dt have a problem that affects the EMI / EMC of the whole system.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 양전원 드라이버의 멀티 스테이지 능동 구동을 통해 스위칭 off시의 current lagging을 줄여 도통 손실을 저감하고 EMI문제가 발생할 수 있는 voltage Peak 및 노이즈에 의한 retrigger 현상 등을 최소한으로 줄일 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, through the multi-stage active drive of the two-supply driver to reduce the current lagging when switching off to reduce the conduction loss and retrigger due to voltage peak and noise that can cause EMI problems It aims to minimize the phenomenon.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 양전원 드라이버의 일 실시예는 파워 소자(POWER DEVICE); 상기 파워 소자로부터 제1입력전압 또는 제 2 입력전압을 입력받는 전압입력부; 외부로부터 ON 또는 OFF의 펄스(Pulse)전원을 입력받는 전원입력부; 상기 파워 소자로 TURN ON전원 또는 TURN OFF전원을 출력하는 출력부; 및 상기 펄스전원, 제1입력전압 또는 제2입력전압에 기초하여 상기 TURN ON전원 또는 상기 TURN OFF전원을 출력하여 상기 파워 소자의 스위칭 상태를 제어하는 제어부를 포함한다.One embodiment of a positive power driver according to the present invention for achieving the above technical problem is a power device (POWER DEVICE); A voltage input unit configured to receive a first input voltage or a second input voltage from the power device; A power input unit which receives a pulse power of ON or OFF from the outside; An output unit for outputting a TURN ON power source or a TURN OFF power source to the power device; And a controller configured to control the switching state of the power device by outputting the TURN ON power or the TURN OFF power based on the pulse power, the first input voltage or the second input voltage.

상기와 같은 본 발명은, 양전원 드라이버의 멀티 스테이지 능동 구동을 통해 dic/dt, dVCE/dt를 줄임으로서, 전체적인 시스템의 EMI/EMC영향을 줄이는 효과가 있다. 또한, 이를 통하여 inverter의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 이를 통하여 전체적인 시스템의 개선을 가능하게 하는 효과가 있다 The present invention as described above, by reducing the dic / dt, dVCE / dt through the multi-stage active driving of the power supply driver, there is an effect to reduce the EMI / EMC impact of the overall system. In addition, this has the effect of increasing the reliability of the inverter. In addition, this has the effect of enabling the improvement of the overall system.

도 1은 종래의 양전원 드라이버의 간략 구성도이다.
도 2는 종래의 양전원 드라이버를 통한 IGBT의 스위칭 회로도이다.
도 3은 종래의 양전원 드라이버를 통한 IGBT의 스위칭시 드라이버의 출력 전압, 출력 전류, IGBT의 VGE, VCE 및 Ic를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 양전원 드라이버의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 양전원 드라이버의 작동을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 양전원 드라이버의 구간별 전압/전류 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 양전원 드라이버를 이용한 일 실시예 스위칭 회로도이다.
도 8은 본 발명에 따른 양전원 드라이버를 이용한 스위칭 회로 구성시 드라이버의 출력 전압, 출력 전류, IGBT의 VGE, VCE 및 Ic를 나타낸 그래프이다.1 is a simplified configuration diagram of a conventional positive power supply driver.
2 is a switching circuit diagram of an IGBT through a conventional positive power driver.
3 is a graph showing the output voltage, output current, VGE, VCE and Ic of the IGBT when switching the IGBT through the conventional positive power driver.
4 is a configuration diagram of a positive power driver according to the present invention.
5 is a flowchart showing the operation of the positive power driver according to the present invention.
6 is a graph of the voltage / current for each section of the positive power driver according to the present invention.
Figure 7 is an embodiment switching circuit diagram using a positive power driver according to the present invention.
8 is a graph showing the output voltage, the output current, the VGE, VCE, and Ic of the IGBT when the switching circuit is configured using the positive power driver according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 양전원 드라이버의 구성도이다. 4 is a configuration diagram of a positive power driver according to the present invention.

우선, 양전원 드라이버(40)는 전원입력부(42)를 통하여 스위칭 구동을 위한 펄스전원을 입력받는다. 펄스전원은 ON OFF 전원을 주기적으로 입력한다.First, the positive power driver 40 receives the pulse power for the switching driving through the power input unit 42. Pulse power inputs ON OFF power periodically.

상기 양전원 드라이버의 전압입력부는 복수 일 수 있으며, 제1 입력전압 또는 제 2입력전압을 입력받기 위해 제 1 입력부(43)와 제 2입력부(44)가 있을 수 있다.The voltage input unit of the bi-power driver may be plural, and the first input unit 43 and the second input unit 44 may be provided to receive the first input voltage or the second input voltage.

그리고, 상기 양전원 드라이버(40)는 제 1입력부(43)를 통해 제 1 입력전압을 받는다. 상기 제1입력전압으로는 IBGT의 게이트 이미터간 전압(VGE)일 수 있다. 또한, 양전원 드라이버(40)는 제 2입력부(44)를 통해 제 2입력전압을 받는다. 상기 제2입력전압으로는 IGBT의 컬렉터 이미터간 전압(VCE)일 수 있다.The positive power driver 40 receives the first input voltage through the first input unit 43. The first input voltage may be a voltage VGE between gate emitters of IBGT. In addition, the positive power driver 40 receives the second input voltage through the second input unit 44. The second input voltage may be a collector-emitter voltage VCE of the IGBT.

이후, 제어부(41)는 상기 제1 및 제2 입력전압에 기초하여 IGBT의 상태를 판단하고, TURN ON 전원과 TURN OFF 전원을 제어하며 출력부를 통해 IGBT로 ON, OFF 신호를 전달한다. 출력부는 IGBT의 스위칭 구동을 위해 제1출력부(45)와 제2출력부(46)의 복수 구성일 수 있으며, TURN ON 전원은 제1출력부로, TURN OFF 전원은 제2출력부로 output을 내줄 수 있다.Thereafter, the controller 41 determines the state of the IGBT based on the first and second input voltages, controls the TURN ON power and the TURN OFF power, and transmits ON and OFF signals to the IGBT through the output unit. The output unit may be a plurality of configurations of the first output unit 45 and the second output unit 46 for the switching drive of the IGBT, the TURN ON power to the first output unit, the TURN OFF power to the output to the second output unit Can be.

도 5는 본 발명에 따른 양전원 드라이버의 작동을 나타내는 흐름도이며, 도 6은 본 발명에 따른 양전원 드라이버 출력의 구간에 따른 전압과 전류를 나타내는 그래프이다. 이하 도 5 및 도6을 참조하여 본 발명의 양전원 드라이버의 구동을 상세히 설명한다.5 is a flowchart illustrating the operation of a positive power driver according to the present invention, Figure 6 is a graph showing the voltage and current according to the section of the positive power driver output according to the present invention. Hereinafter, the driving of the positive power driver of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.

양전원 드라이버(40)에 입력되는 제 1입력 전압 및 제 2 입력 전압은 파워 소자중 IGBT의 게이트 이미터간 전압(VGE) 및 콜렉터-이미터간 전압(VCE) 일 수 있다. 또한, 제1기준전압은 상기 IGBT의 VGE(th)즉, VGE의 문턱전압(Vth)일 수 있다. The first input voltage and the second input voltage input to the positive power driver 40 may be a gate-emitter voltage VGE and a collector-emitter voltage VCE of the IGBT among the power devices. The first reference voltage may be VGE (th) of the IGBT, that is, the threshold voltage Vth of VGE.

또한, 제 1 내지 4출력 전압은 제어부(40)의 설계에 따라 기 설정되어 있으며, 1내지 4출력 전류도 기 설정되어 있다. 제2출력전압, 제3출력전압, 제2출력전류, 및 제4출력전류는 VCE와 Ic의 변화율을 줄이기 위하여 임의로 지정할 수 있다. 종래의 양전원 드라이버(11)의 VCC는 제1출력전압에 대응되며, -VCC는 제4출력전압에 대응될 수 있다. 그리고, Io는 제 1출력전류에, -Io는 제3출력전류에 대응될 수 있다. 다만, 구체적인 수치는 파워 소자의 특성과 입력되는 전원에 따라 변경될 수 있다. In addition, the first to fourth output voltages are preset according to the design of the controller 40, and the first to fourth output currents are also preset. The second output voltage, the third output voltage, the second output current, and the fourth output current may be arbitrarily designated to reduce the rate of change of VCE and Ic. The VCC of the conventional positive power supply driver 11 may correspond to the first output voltage, and the -VCC may correspond to the fourth output voltage. In addition, Io may correspond to the first output current and −Io may correspond to the third output current. However, specific values may be changed according to the characteristics of the power device and the input power.

도 5에서 제어부(40)는 먼저, 입력받은 펄스 전원(42)이 ON 인지 OFF인지를 판단한다(501). ON 인경우, 제1출력부로 OUTPUT을 출력하며, OFF인경우 제2출력부로 OUTPUT을 출력하기 위함이다.In FIG. 5, the controller 40 first determines whether the received pulse power supply 42 is ON or OFF (501). When it is ON, it outputs OUTPUT to the first output part, and when it is OFF, it outputs OUTPUT to the second output part.

상기 펄스 전원(42)이 ON인 경우, 제어부(40)는 VGE와 제1기준전압(VTH)를 비교한다(502). VGE전압이 아직 VTH 미만인 경우, 상기 제어부(40)는 TURN ON전원의 전압을 제1출력전압으로, TURN ON 전원의 전류를 제1출력전류가 되도록 제어하고, 이를 제1출력부(45)로 출력한다(504).When the pulse power supply 42 is ON, the controller 40 compares VGE with the first reference voltage VTH (502). If the VGE voltage is still less than VTH, the control unit 40 controls the voltage of the TURN ON power supply to be the first output voltage and the current of the TURN ON power supply to be the first output current, which is then transferred to the first output unit 45. Output 504.

그리고, 상기 펄스 전원(42)이 ON이고, VGE전압이 VTH이상인 경우, 제 2입력전압인 VCE와 제 2 기준전압을 비교한다(503). 제 2 기준전압은 IGBT가 완전히 TURN ON 되었을 때의 VCE전압일 수 있다. VCE가 제2기준전압 미만인 경우는 완전히 TURN ON 되기 전인 경우이므로, Ic의 변화율을 낮추기 위해 상기 제어부(40)는 TURN ON전원의 전압을 제2출력전압으로 낮추고, TURN ON 전원의 전류를 제2출력전류가 되도록 낮추어 제어하고, 이를 제1출력부(45)로 출력한다(505).When the pulse power supply 42 is ON and the VGE voltage is VTH or more, the second input voltage VCE is compared with the second reference voltage (503). The second reference voltage may be a VCE voltage when the IGBT is completely turned on. If the VCE is less than the second reference voltage, it is before the complete turn-on. Therefore, the controller 40 lowers the voltage of the turn-on power supply to the second output voltage and lowers the current of the turn-on power supply to reduce the change rate of Ic. The output current is controlled to be lowered so as to be outputted to the first output unit 45 (505).

그리고, 상기 펄스 전원(42)이 ON이고, VGE전압이 VTH이상인 경우, 상기 VCE와 제 2기준전압 비교 결과 VCE가 제 2기준전압 이상이 되면, IGBT가 완전히 TURN ON 되었음이 확인되므로, 다시 TURN ON 전원의 전압을 제1출력전압으로, 전류를 제2출력전류가 되도록 제어하고, 이를 제1출력부(45)로 출력한다(506).When the pulsed power supply 42 is ON and the VGE voltage is equal to or higher than VTH, when the result of comparing the VCE with the second reference voltage is greater than or equal to the second reference voltage, it is confirmed that the IGBT is completely turned on. The voltage of the ON power supply is controlled to be the first output voltage and the current is the second output current, and the output is output to the first output unit 45 (506).

한편, 상기 펄스 전원(42)이 OFF인 경우, 제어부(40)는 VGE와 제1기준전압(VTH)를 비교한다(507). VGE전압이 아직 VTH 이상인 경우, 상기 제어부(40)는 IGBT에 대한 OFF입력을 위해 TURN OFF전원의 전압을 제3출력전압으로, TURN ON 전원의 전류를 제3출력전류가 되도록 제어하고, 이를 제2출력부(45)로 출력한다(509).On the other hand, when the pulse power supply 42 is OFF, the control unit 40 compares the VGE and the first reference voltage (VTH) (507). If the VGE voltage is still greater than or equal to VTH, the controller 40 controls the voltage of the TURN OFF power supply to be the third output voltage and the current of the TURN ON power supply to be the third output current for the OFF input to the IGBT. It outputs to the 2 output part 45 (509).

그리고, 상기 펄스 전원(42)이 OFF이고, VGE전압이 VTH미만인 경우, 제 1입력전압인 VGE와 제 3 기준전압을 비교한다(508). 제 3 기준전압은 IGBT가 완전이 TURN OFF 되었을 때의 VGE전압일 수 있으며, 바람직하게는 O.7V의 값을 갖는다. VGE가 제3기준전압보다 큰 경우, 완전히 TURN OFF 되기 전이므로, VCE의 변화율을 낮추기 위해 상기 제어부(40)는 TURN OFF전원의 전압을 제4출력전압으로 낮추고, TURN ON 전원의 전류의 크기는 제4출력전류가 되도록 낮추어 제어하여 이를 제2출력부(45)로 출력한다(510).When the pulse power supply 42 is OFF and the VGE voltage is less than VTH, the first input voltage VGE is compared with the third reference voltage (508). The third reference voltage may be a VGE voltage when the IGBT is completely turned off, and preferably has a value of 0.7V. When the VGE is greater than the third reference voltage, the control unit 40 lowers the voltage of the TURN OFF power supply to the fourth output voltage to reduce the change rate of the VCE. The control unit lowers the fourth output current to output the second output unit 45 to the second output unit 45 (510).

그리고, 상기 펄스 전원(42)이 ON이고, VGE전압이 VTH미만이며,상기 VGE와 제 3기준전압 비교 결과 VGE가 제 3기준전압 이하가 되면, IGBT가 완전히 TURN OFF 되었음이 확인되므로, 다시 TURN OFF 전원의 전압을 제4출력전압으로, 전류를 제3출력전류가 되도록 제어하고, 이를 제1출력부(45)로 출력한다(511).When the pulse power supply 42 is ON, the VGE voltage is less than VTH, and the result of comparing the VGE with the third reference voltage, VGE becomes less than or equal to the third reference voltage, it is confirmed that the IGBT is completely turned off. The voltage of the OFF power source is controlled to be the fourth output voltage and the current is to be the third output current, and is output to the first output unit 45 (511).

도 7은 본 발명에 따른 양전원 드라이버의 일 실시예 회로도로서, 스위칭 특성을 알아보기 위해 일반적으로 사용되는 diode-clamped inductive load circuit을 지닌 간단한 드라이버 Modeling 회로도이다. FIG. 7 is a circuit diagram of an exemplary embodiment of a positive power driver according to the present invention, which is a simple driver modeling circuit having a diode-clamped inductive load circuit which is generally used to determine switching characteristics.

도 7를 참조하여 본 발명에 따른 양전원 드라이버의 회로 내에서의 동작을 살펴보고, 동작에 의한 효과를 살펴본다.Referring to FIG. 7, the operation of the positive power supply driver in the circuit will be described, and the effects of the operation will be described.

우선, DC Link의 VDC전압(76)에 diode clamped inductive load(75)를 통해 IGBT(72)가 연결될 수 있다.First, the IGBT 72 may be connected to the VDC voltage 76 of the DC Link through a diode clamped inductive load 75.

한편, diode(74)는 switching시 inductor에 의해 발생되는 EMF(Electromotive Force)로부터 IGBT(72)와 DC Link(76)를 보호하기 위해 사용될 수 있다.On the other hand, the diode 74 may be used to protect the IGBT 72 and the DC Link 76 from the EMF (Electromotive Force) generated by the inductor during switching.

또한, DC link(76)에서 IGBT(72)로의 voltage전달은 잘 되고 스위칭에 의한 노이즈 등은 서로 전달이 잘 안되도록 inductor load(75)를 사용할 수 있다. In addition, the inductor load 75 may be used so that voltage transfer from the DC link 76 to the IGBT 72 is good and noise due to switching is not easily transmitted to each other.

양전원 드라이버는 전원입력부로 VCC ~ 0V(ON~OFF)로 변하는 펄스입력(70)이 들어오면 이를 VCC~-VCC이내에서 변하는 TURN ON전원 및 TURN OFF전원으로 변환하여 제1출력부 및 제2출력부로 출력하고, 출력된 전원의 전류 및 전압은 저항(71)을 통해 IGBT(72)로 입력되어 구동전원으로 들어갈 수 있다. When the positive power driver receives a pulse input 70 that changes from VCC to 0V (ON to OFF) as a power input, it converts it into a TURN ON power source and a TURN OFF power source within VCC ~ -VCC to convert the first output unit and the second output. Negative output, the output current and voltage of the output power is input to the IGBT 72 through the resistor 71 may enter the driving power supply.

한편, Clamped Diode(74)를 사용하더라도 DCLINK에 연결된 부분 및 파워소자들의 연결부에는 의도하지 않은 표유 인덕턴스(LS)가 존재할 수 있다.On the other hand, even when the clamped diode 74 is used, unintentional stray inductance LS may exist in the portion connected to the DCLINK and the connection portion of the power devices.

본 발명의 양전원 드라이버(40)는 IGBT(72)의 동작 상태를 주시하여 그에 따른 voltage 및 current output을 능동적으로 구동하여 스위칭시 voltage출력과 current 출력을 능동적으로 출력할 수 있다. The positive power supply driver 40 of the present invention observes the operating state of the IGBT 72 and actively drives the voltage and current outputs according to the operating state of the IGBT 72 to actively output the voltage output and the current output during switching.

한편, 도 8은 는 도 7에서의 양전원 드라이버(40)의 TURN ON 및 TURN OFF 전원에 의해 제 1출력부(45) 및 제2출력부(46)로 출력되는 Voltage 및 Current의 시간상의 동작을 나타낸 그래프이다. 8 is a diagram illustrating time-dependent operations of voltage and current output to the first output unit 45 and the second output unit 46 by the TURN ON and TURN OFF power supplies of the power supply driver 40 of FIG. 7. The graph shown.

도 8의 좌측 4개의 그래프는 IGBT(72)의 Turn ON시의 동작도이며, 우측 4개의 그래프는 IGBT(72)의 TURN OFF시의 동작도이다.The left four graphs of FIG. 8 are operation diagrams when the IGBT 72 is turned ON, and the right four graphs are operation diagrams when the IGBT 72 is turned OFF.

도7 및 도8로부터 양전원 드라이버 회로 내에서의 동작 및 결과를 살펴본다.7 and 8, the operation and results in the positive power driver circuit will be described.

먼저, IGBT의 Turn ON 구간에서, 양전원 드라이버(40)의 제어부(41)는 펄스 전원 입력이 VCC(ON)이고, 제 1 입력전압(VGE)이 제1기준전압인 VGE(th)미만인 경우, 제1출력부로 전류 VCC및 전압 Io가 되도록 TURN ON전원을 제어한다.First, in the turn ON period of the IGBT, when the control unit 41 of the positive power driver 40 has a pulse power input of VCC (ON) and the first input voltage VGE is less than VGE (th) which is the first reference voltage, The TURN ON power source is controlled to be the current VCC and the voltage Io to the first output unit.

이후, VGE가 VTH이상이 되면, TURN ON 전원을 제어하여, 제 1 출력부로 출력 current를 Io1으로 낮추고, 출력 전압도 VGE(th)로 낮추어 천이구간에서의 diC/dt를 낮춘다. Io1은 바람직하게는 1/2Io의 값을 가지며, Io의 변화율을 낮추기 위해 IGBT와 회로 특성에 따라 임의로 지정할 수 있고, 상황에 따라 다를 수 있다.Thereafter, when VGE is greater than or equal to VTH, the TURN ON power is controlled to reduce the output current to Io1 and the output voltage to VGE (th) to reduce diC / dt in the transition period. Io1 preferably has a value of 1 / 2Io, and can be arbitrarily designated according to IGBT and circuit characteristics in order to lower the rate of change of Io, and may vary depending on the situation.

이후, 제어부(40)는 제2입력전압(VCE)을 계속적으로 check해 IGBT(72)가 완전히 turn on 된 후(VCE가 IGBT의 TURN ON 시의 voltage 이상이 된 경우)에는 제 1 출력부로의 voltage 출력을 VCC로 다시 높여 정상적으로 IGBT가 구동되도록 한다.Thereafter, the control unit 40 continuously checks the second input voltage VCE, and after the IGBT 72 is completely turned on (when VCE becomes equal to or higher than the voltage at the turn-on of the IGBT), the control unit 40 returns to the first output unit. Increase the voltage output back to VCC to allow the IGBT to operate normally.

따라서, 상기와 같이 본 발명의 양전원 드라이버는 IGBT의 Turn ON 구간동안 3경우의 멀티 스테이지 능동 구동을 하며, VGE의 변화율을 낮추게 된다.Therefore, as described above, the bi-power driver of the present invention performs three stages of multi-stage active driving during the turn-on period of the IGBT and lowers the rate of change of the VGE.

한편, IGBT(72)의 Turn OFF구간에서의 동작을 살펴보면, 제어부(40)는 펄스전원 입력이 OFF(OV)인 경우 초기 IGBT의 gate capacitance가 초기방전이 완료될 때까지는 VGE가 VGE(th)보다 크므로, 제2출력부의 전압이 0V, 전류는 -Io가 되도록 TURN OFF전원을 제어한다.On the other hand, looking at the operation of the turn OFF section of the IGBT 72, when the pulse power input is OFF (OV), the control unit 40, VGE is VGE (th) until the gate capacitance of the initial IGBT completes the initial discharge Since it is larger, the TURN OFF power supply is controlled so that the voltage of the second output unit is 0V and the current is -Io.

그리고, 제 1 입력전원(VGE) 이 VGE(th) 미만, 제3기준전압(IGBT가 TURN OFF될때의 전압) 이상인 경우 제어부(40)는 TURN OFF전원을 제어하여 제2출력부의 전압은 0V, 전류는 -Io2가 되도록 제어한다. 이로써, current sink가 줄게 되며, VCE의 변화율이 낮아지게 된다. Io2의 크기는 VCE의 변화율을 낮추기 위해 정해지며, 바람직하게는 -1/2Io의 값을 가질 수 있고, 제어부의 구성 및 회로 설계에 따라 달라질 수 있다.When the first input power supply VGE is less than VGE (th) and more than a third reference voltage (voltage when IGBT is turned off), the controller 40 controls the turn off power supply so that the voltage of the second output unit is 0V, The current is controlled to be -Io2. This reduces the current sink and lowers the rate of change of the VCE. The size of Io2 is determined to lower the rate of change of the VCE, and may preferably have a value of −1 / 2Io and may vary depending on the configuration of the controller and the circuit design.

이후, 제어부(40)는 제1입력전원(VGE)를 계속적으로 check하여 IGBT가 완전히 TURN OFF됨이 확인된 경우, 바람직하게는 VGE가 0.7V이하가 된 경우에는 TURN OFF전원을 제어하여 제 2출력부의 voltage를 -VCC로 더 낮추고 current sink출력의 크기는 Io로 늘려 current tail구간이 짧아지도록 한다. Subsequently, the controller 40 continuously checks the first input power supply VGE, and when it is confirmed that the IGBT is completely turned off, preferably, when the VGE becomes 0.7 V or less, the control unit 40 controls the turn off power supply to the second power supply. Lower the output voltage to -VCC and increase the current sink output to Io to shorten the current tail section.

상기와 같은 제어부의 출력 컨트롤에 의해서 양전원 드라이버는 전체 Turn OFF구간 동안 다단계(multi stage)로 IGBT의 능동 구동을 하게 된다.By the output control of the control unit as described above, the two-power driver is active driving the IGBT in multiple stages during the entire turn-off period.

상술한 본 발명에 따른 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.The program may be stored in a computer-readable recording medium that is produced as a program for execution in a computer according to the present invention. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy. Disks, optical data storage, and the like, and also include those implemented in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet).

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.The computer readable recording medium may be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner. And, functional programs, codes and code segments for implementing the above method can be easily inferred by programmers of the technical field to which the present invention belongs.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어져서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, but the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.

11: 종래 양전원 드라이버
40: 본 발명의 양전원 드라이버 41: 제어부
42: 전원입력부 43: 제1입력부
44: 제2입력부 45: 제1출력부
46: 제2출력부 70: 펄스입력
71: 저항 72: IGBT
73: 부하부 74: 다이오드
75: inductive load 76: DC LINK
77: 출력 전압 그래프 78: 출력 전류 그래프11: Conventional positive power driver
40: positive power driver 41 of the present invention: control unit
42: power input unit 43: first input unit
44: second input unit 45: first output unit
46: second output unit 70: pulse input
71: resistance 72: IGBT
73: load portion 74: diode
75: inductive load 76: DC LINK
77: output voltage graph 78: output current graph

Claims (12)

파워 소자(POWER DEVICE);
상기 파워 소자로부터 제1입력전압 또는 제 2 입력전압을 입력받는 전압입력부;
외부로부터 ON 또는 OFF의 펄스(Pulse)전원을 입력받는 전원입력부;
상기 파워 소자로 TURN ON전원 또는 TURN OFF전원을 출력하는 출력부; 및
상기 펄스전원, 제1입력전압 또는 제2입력전압에 기초하여 상기 TURN ON전원 또는 상기 TURN OFF전원을 출력하여 상기 파워 소자의 스위칭 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 양전원 드라이버.Power devices;
A voltage input unit configured to receive a first input voltage or a second input voltage from the power device;
A power input unit which receives a pulse power of ON or OFF from the outside;
An output unit for outputting a TURN ON power source or a TURN OFF power source to the power device; And
And a controller configured to control the switching state of the power device by outputting the TURN ON power or the TURN OFF power based on the pulse power, the first input voltage or the second input voltage. 제 1항에 있어서,
상기 제1입력전압은 상기 파워 소자(POWER DEVICE)의 게이트-이미터 간 전압(VGE)인 양전원 드라이버.The method of claim 1,
The first input voltage is a positive power driver of the gate-emitter voltage (VGE) of the power device (POWER DEVICE). 제 1항에 있어서,
상기 제2입력전압은 상기 파워 소자(POWER DEVICE)의 콜렉터-이미터 간 전압(VCE)인 양전원 드라이버.The method of claim 1,
And the second input voltage is a collector-emitter voltage VCE of the power device. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는 입력된 펄스전원이 ON이고, 상기 제 1 입력전압이 기 설정된 제 1 기준전압 미만인 경우, 상기 TURN ON전원의 전압을 기 설정된 제1출력전압으로 제어하고, 상기 TURN ON전원의 전류를 기 설정된 제1출력전류로 제어하는 양전원 드라이버.The method of claim 1,
When the input pulse power is ON and the first input voltage is less than the preset first reference voltage, the controller controls the voltage of the TURN ON power to be the first output voltage and controls the current of the TURN ON power. A positive power driver that controls the preset first output current. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는 입력된 펄스전원이 ON이고, 상기 제1입력전압이 기 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 상기 제2입력전압이 기 설정된 제 2 기준 전압 미만인 경우, 상기 TURN ON전원의 전압을 기 설정된 제 2출력전압으로 제어하고, 상기 TURN ON전원의 전류를 기 설정된 제2출력전류로 제어하는 양전원 드라이버.The method of claim 1,
The controller may preset the voltage of the TURN ON power when the input pulse power is ON, the first input voltage is greater than or equal to a preset first reference voltage, and the second input voltage is less than a preset second reference voltage. And a second power supply controlling the second output voltage, and controlling the current of the TURN ON power supply to the preset second output current. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는 입력된 펄스전원이 ON이고, 상기 제1입력전압이 기 설정된 제 1 기준전압 이상이며, 상기 제2입력전압이 기 설정된 제 2 기준 전압 이상인 경우, 상기 TURN ON전원의 전압을 제1출력전압으로 제어하고, 상기 TURN ON전원의 전류를 기 설정된 제2출력전류로 제어하는 양전원 드라이버.The method of claim 1,
The controller may be configured to set a voltage of the TURN ON power supply when the input pulse power is ON, the first input voltage is greater than or equal to a preset first reference voltage, and the second input voltage is greater than or equal to a preset second reference voltage. And a power supply driver for controlling the output voltage and controlling the current of the TURN ON power supply to a second predetermined output current. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는 입력된 펄스전원이 OFF이고, 상기 제1입력전압이 기 설정된 제 1 기준전압 이상인 경우, 상기 TURN OFF전원의 전압을 기 설정된 제3출력전압으로 제어하고, 상기 TURN OFF전원의 전류를 기 설정된 제3출력전류로 제어하는 양전원 드라이버.The method of claim 1,
When the input pulse power is OFF and the first input voltage is equal to or greater than the first reference voltage, the controller controls the voltage of the TURN OFF power supply to be the third output voltage, and controls the current of the TURN OFF power supply. A positive power driver that controls the preset third output current. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는 입력된 펄스전원이 OFF이고 상기 제1입력전압의 크기가 기 설정된 제 1 기준전압 미만이며, 상기 제1입력전압이 기 설정된 제 3기준 전압 초과인 경우, 상기 TURN OFF전원의 전압을 기 설정된 제4출력전압으로 제어하고, 상기 TURN OFF전원의 전류를 기 설정된 제4출력전류로 제어하는 양전원 드라이버.The method of claim 1,
When the input pulse power is OFF, and the magnitude of the first input voltage is less than the first preset reference voltage, and the first input voltage is greater than the preset third reference voltage, the controller may adjust the voltage of the TURN OFF power supply. A bi-power driver for controlling the fourth output voltage to be preset, and controlling the current of the TURN OFF power supply to the fourth output current. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는 입력된 펄스전원이 OFF이고 상기 제1입력전압이 기 설정된 제 1 기준전압 미만이며, 상기 제1입력전압이 기 설정된 제 3기준 전압 이하인 경우, 상기 TURN OFF전원의 전압을 기 설정된 제4출력전압으로 제어하고, 상기 TURN OFF전원의 전류을 제 3출력전류로 제어하는 양전원 드라이버.The method of claim 1,
The controller is configured to set the voltage of the TURN OFF power supply when the input pulse power is OFF, the first input voltage is less than the first preset reference voltage, and the first input voltage is less than or equal to the preset third reference voltage. A two-power driver for controlling the output voltage to control the current of the TURN OFF power supply to a third output current. 제 4항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1기준전압은 상기 파워 소자의 문턱전압(VTH)인 양전원 드라이버.The method according to any one of claims 4 to 9,
The first reference voltage is a positive power driver of the threshold voltage (VTH) of the power device. 제 5항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2기준전압은 상기 파워 소자의 TURN ON 완료시의 VCE전압인 양전원 드라이버.7. The method according to any one of claims 5 to 6,
And said second reference voltage is a VCE voltage at completion of TURN ON of said power element. 제 8항 또는 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3기준전압은 상기 파워 소자의 TURN OFF 완료시의 VGE전압인 양전원 드라이버.The method according to claim 8 or 9,
And the third reference voltage is a VGE voltage at the completion of turn off of the power device.
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