KR101258356B1 - 자동차 모터 구동용 게이트 구동장치 - Google Patents

자동차 모터 구동용 게이트 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 자동차 모터 구동용 게이트 구동장치에 관한 것으로서, 하이브리드 또는 전기 자동차 모터 구동용 게이트 구동장치에 있어서, 상기 모터의 구동 신호를 발생하는 인버터 컨트롤러; 상기 모터 구동신호를 수신하여 3상 모터를 구동하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 고전력 스위칭용 반도체; 및 상기 인버터 컨트롤러의 모터 구동신호를 수신하여 상기 고전력 스위칭용 반도체의 게이트를 동작시키는 복수의 게이트 드라이브 IC를 포함하며, 상기 게이트 드라이브 IC는 저전압 배터리 시스템과 고전압 배터리 시스템 간의 전원을 절연하여 공급하되, 각각의 게이트 드라이브 IC에 대응되는 트랜스포머를 더 포함하며, 상기 게이트 드라이브 IC는 상기 대응되는 트랜스포머의 1차측 출력 및 2차측 출력을 입력으로 하여 일정한 전압 출력을 생성하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 모터 구동용 게이트 구동장치 {GATE DRIVING APPARATUS FOR DRIVING MOTOR}
본 발명은 친환경 자동차 모터 구동용 게이트 구동장치에 관한 것으로서, 특히 분산형 전원장치를 적용하여 게이트 드라이브 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 게이트 구동장치에 관한 것이다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(電氣自動車, electric car, electric automobile) 또는 EV(electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작하였다.
그러나, 현재 전기자동차는 실 주행거리가 짧으며 제조 단가가 고가이기 때문에 상용화의 문제를 안고 있으며, 이에 대한 대안으로 하이브리드(Hybrid) 전기자동차(HEV)가 등장하였다. HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다.
상기와 같은 전기자동차(EV) 또는 하이브리드 자동차(HEV)는 전기 모터를 구동시키기 위하여 MCU(Motor Control Unit)가 사용된다.
도 1은 종래기술에 따른 모터 제어 유닛의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도시된 바와 같이, MCU는 인버터 컨트롤러(Inverter Controller, 10), 게이트 드라이브(Gate drive, 20) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 30)를 포함한다.
게이트 드라이브(201)는 IGBT(301)의 게이트를 구동하기 위하여 차량용 저전압(12V) 배터리 시스템과 모터 구동용 고전압 배터리 시스템 회로 간의 신호 절연 및 전원을 절연하여 공급한다. 이때, 1차측 저전압 시스템(12V)에서 2차측 고전압 시스템으로 전원을 절연 공급하는 회로는 트랜스 포머를 사용한 플라이백 컨버터 회로(40)를 사용하며, IGBT(30) 스위치 수만큼 절연된 전원을 공급하기 위해 멀티 권선을 사용한 다출력 플라이백 컨버터 회로(40)를 사용한다. 따라서 다출력 플라이백 컨버터 회로(40)의 특성상 1개의 보조 권선을 통한 피드백으로 여러 개의 2차측 고전압 시스템 회로로 출력 전원을 정확하게 제어하기가 어려운 문제점이 있다.
한국특허출원 제1996-0040489
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 제어 IC와 각각 분리된 트랜스포머를 사용하여 각 게이트 드라이브 IC의 2차측(고전압 시스템) 전원을 독립적으로 제어함으로써, 2차측(고전압 시스템) 게이트 드라이브 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 게이트 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 자동차 모터 구동용 게이트 구동장치는, 모터의 구동 신호를 발생하는 인버터 컨트롤러; 상기 모터 구동신호를 수신하여 3상 모터를 구동하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 고전력 스위칭용 반도체; 및 상기 인버터 컨트롤러의 모터 구동신호를 수신하여 상기 고전력 스위칭용 반도체의 게이트를 동작시키는 복수의 게이트 드라이브 IC를 포함하며, 상기 게이트 드라이브 IC는 저전압 배터리 시스템과 고전압 배터리 시스템 간의 전원을 절연하여 공급하되, 각각의 게이트 드라이브 IC에 대응되는 트랜스포머를 더 포함하며, 상기 게이트 드라이브 IC는 상기 대응되는 트랜스포머의 1차측 출력 및 2차측 출력을 입력으로 하여 일정한 전압 출력을 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 게이트 구동장치에 있어서 상기 고전력 스위칭용 반도체는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 게이트 구동장치에 있어서 상기 게이트 드라이브 IC는 6개 이며, 상기 트랜스포머는 상기 게이트 드라이브 IC에 각각 대응되도록 6개로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 하나의 제어 IC와 각각 분리된 트랜스포머를 사용하여 각 게이트 드라이브 IC의 2차측 고전압 시스템 전원을 독립적으로 제어함으로써, 2차측 게이트 드라이브 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 모터 제어 유닛의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 게이트 구동장치는 고전압 배터리(1), 인버터 컨트롤러(10), 게이트 드라이브(20), IGBT(30) 및 트랜스포머(50)를 포함한다.
게이트 드라이브(20)는 IGBT(30)의 게이트(Gate)를 동작시킬 때 고전압 배터리 시스템과 차량용 저전압(12V) 배터리 시스템 간의 절연을 수행하며 안정적인 시스템 동작을 수행할 수 있도록 하는 역할을 한다.
IGBT(30)는 전기 흐름을 막거나 통하게 하는 스위칭 기능을 빠르게 수행할 수 있도록 구성된 고전력 스위칭용 반도체이다. 일반적으로 전기의 흐름을 막거나 통하게 하는 스위칭 기능은 다른 부품이나 회로로도 구현이 가능 하지만 정밀한 동작을 필요로 하는 제품일수록 동작 속도가 빠르고 전력의 손실이 적은 부품을 필요로 한다.
종래 트랜지스터는 단가가 저렴하지만, 회로 구성이 복잡하고 동작속도가 느린 단점이 있으며, MOSFET은 저전력으로 동작이 가능하며 속도가 빠른 장점이 있지만 단가가 비싼 단점이 있다. IGBT는 트랜지스터와 MOSFET의 장점만을 결합한 제품으로서 IGBT를 시스템에 적용할 경우 전압 파형이 안정되어 전류 특성이 좋아지고 모터의 소음을 없앨 수 있는 특징이 있다.
게이트 드라이브(20)는 IGBT(30)의 스위치 수에 따라서 다수 개의 게이트 드라이브 IC로 구성될 수 있으며, 인버터 컨트롤러(10)의 모터 구동신호(PWM)를 수신하여 IGBT(30) 스위치의 게이트를 동작시킨다.
본 발명에서는 하나의 제어 IC와 각각 분리된 트랜스포머를 사용하여 각 게이트 드라이브 IC의 2차측 전원을 독립적으로 제어함으로써 2차측 게이트 드라이브 전원을 안정적으로 공급할 수 있다.
도시된 바와 같이 게이트 드라이브(20)에는 복수 개의 게이트 드라이브 IC가 있으며, 인버터 컨트롤러(10)의 모터 구동 신호를 받아서 IGBT(30)를 스위칭 시켜준다. 이와 같은 스위칭 동작을 위해서 게이트 드라이브 IC 각각은 절연된 전원이 필요하다.
이때, 도시된 바와 같이 별도의 전원 구성없이 게이트 드라이브 IC가 독립적인 트랜스포머(50)를 제어하여 전원을 생성한다.
즉, 도 1에 도시된 회로에서는 하나의 제어 IC와 하나의 트랜스포머(40)를 이용하여 단입력 다출력 전원을 생성하기 때문에 일정하고 정밀한 전압 제어의 어려움이 있다.
그러나 도 2에 도시된 회로에서는 각각의 게이트 드라이브 IC가 각각의 트랜스포머(50)를 제어함으로써 일정한 전압 출력과 정밀한 제어가 가능하며, 별도의 전원회로의 구성이 불필요하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동 시스템의 구조에 의하면, 하나의 제어 IC와 각각 분리된 트랜스포머를 사용하여 각 게이트 드라이브 IC의 2차측 고전압 시스템 전원을 독립적으로 제어함으로써, 2차측 게이트 드라이브 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 하이브리드 또는 전기 자동차 모터 구동용 게이트 구동장치에 있어서,
    상기 모터의 구동 신호를 발생하는 인버터 컨트롤러;
    상기 모터 구동신호를 수신하여 3상 모터를 구동하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 고전력 스위칭용 반도체; 및
    상기 인버터 컨트롤러의 모터 구동신호를 수신하여 상기 고전력 스위칭용 반도체의 게이트를 동작시키는 복수의 게이트 드라이브 IC를 포함하며,
    상기 게이트 드라이브 IC는 저전압 배터리 시스템과 고전압 배터리 시스템 간의 전원을 절연하여 공급하되, 각각의 게이트 드라이브 IC에 대응되는 트랜스포머를 더 포함하며, 상기 게이트 드라이브 IC는 상기 대응되는 트랜스포머의 1차측 출력 및 2차측 출력을 입력으로 하여 일정한 전압 출력을 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 구동용 게이트 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고전력 스위칭용 반도체는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)인 것을 특징으로 하는 모터 구동용 게이트 구동장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트 드라이브 IC는 6개 이며,
    상기 트랜스포머는 상기 게이트 드라이브 IC에 각각 대응되도록 6개로 구성되는 것을 특징으로 하는 모터 구동용 게이트 구동장치.
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